Журнал прикладной химии. 2020. Т. 93. Вып. 4

УДК 541.128+546.215

КАТАЛИЗАТОРЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ПЕРОКСИДА ВОДОРОДА,

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЯХ (обзор)

Государственный научно-исследовательский институт химии и технологии

элементоорганических соединений (ГНИИХТЭОС),

111123, г. Москва, шоссе Энтузиастов, д. 38

* E-mail: stan-fed2011@yandex.ru

Поступила в Редакцию 15 мая 2019 г.

После доработки 9 августа 2019 г.

Принята к публикации 14 декабря 2019 г.

В обзоре обобщены результаты исследований по разработке и изучению характеристик гетероген-

ных катализаторов разложения высококонцентрированного пероксида водорода, используемого в

качестве монотоплива и окислителя в ракетных двигателях. Вследствие нетоксичности пероксид

водорода является превосходной альтернативой применяемым в настоящее время в ракетных дви-

гателях гидразина и тетраоксида азота, отличающихся высокой токсичностью, мало уступая им

по энергетической эффективности. Рассмотрены и обобщены данные по влиянию активной фазы

катализатора, а также материала носителя и его геометрических форм на степень разложения

пероксида водорода, на режим работы маневровых орбитальных ракетных двигателей.

Ключевые слова: пероксид водорода; катализаторы разложения; ракетные двигатели; серебро;

платина; оксид марганца

DOI: 10.31857/S0044461820040015

Введение

водорода (ПВ), при каталитическом разложении ко-

торого выделяется значительное количество тепла и

В настоящее время в системах орбитальных кос-

образуется горячий парогаз, состоящий из кислорода

мических двигателей на спутниках и в других кос-

и паров воды.

мических аппаратах широко используется гидразин,

Хотя пероксид водорода был открыт Л.-Ж. Те-

являющийся высокоэффективным ракетным топли-

наром [1] в 1818 г., его промышленное производство

вом. Высокий уровень токсичности и коррозионного

было освоено только в конце 30-х годов прошлого

действия создает серьезные трудности при хранении

столетия во многих европейских странах, в том числе

и работе с ним в наземных условиях, связанные с

в СССР, а также в Корее, Японии, США и Австралии.

безопасностью персонала и окружающей среды, поэ-

В настоящее время пероксид водорода широко при-

тому исследователи, работающие в области ракетных

меняется в различных отраслях техники. В ракетных

топлив, уделяют все больше внимания разработке

двигателях в качестве окислителя или монотоплива

экологически более безопасного, так называемого

он впервые начал использоваться в 30-е годы про-

«зеленого» топлива. Одним из таких ракетных то-

шлого века в СССР и Германии [2]. В 40-50-е годы

плив является высококонцентрированный пероксид

прошлого века 80-85%-ный пероксид водорода полу-

459

460

Гусейнов Ш. Л. и др.

чил широкое применение в качестве окислителя или

плотности. При этом удельный импульс выше для па-

однокомпонентного топлива в ряде зарубежных ракет

ры горючее JP-4 и 98%-ный пероксид водорода при

и авиационных двигателях: ФАУ-2, Редстоун, Викинг,

массовом отношении окислитель:горючее = 7 [10].

Юпитер, Си Слаг, Наттер, Блю Стрик, Ме-163, Х-15 и

Возродившийся за последние 25 лет интерес к

др. [2-5]. Позднее (в 60-е-80-е годы) он применялся

использованию пероксида водорода в качестве моно-

в качестве окислителя в жидкостном ракетном двига-

топлива и окислителя в маневровых ракетных двига-

теле I ступени французской ракеты Диаман В в паре

телях для спутников, в качестве посадочных модулей

с несимметричным диметилгидразином и в первой

(для спускаемых аппаратов), для газогенераторов

ступени английской ракеты Black Knight в паре с

[11], а также в авиации и для подводных аппаратов

керосином [4].

[12, 13] привел к появлению большого числа иссле-

Процесс каталитического разложения 80-85%-но-

дований по разработке новых более эффективных

го пероксида водорода широко применялся в ракет-

(по сравнению с существующими) катализаторов

ной технике Советского Союза в качестве источника

разложения пероксида водорода.

парогаза в турбонасосных агрегатах двигателей. На

Одним из достоинств пероксида водорода является

базе ракеты Р-7 в 50-е-60-е годы были разработаны

возможность запуска его каталитического разложения

и успешно запущены космические ракеты-носители:

без использования воспламенительного (или иниции-

Спутник, Восток, Молния, Союз и др. В современ-

рующего) устройства, необходимого в случае других

ных отечественных изделиях ракетно-космической

ракетных горючих. Это упрощает конструкцию дви-

техники в реакторах двигателей 11Д511 и 11Д512

гателя и позволяет также обеспечить возможность

также применяется 85%-ный пероксид водорода (или

повторного или многократного запуска двигателя.

ПВ-85) [5-7].

В связи с переходом к использованию в ракетной

Эффективность топлив, использующих пероксид

технике пероксида водорода высокой концентрации

водорода в качестве окислителя и газогенератора, во

(более 92%), каталитическое разложение которого со-

многом зависит от его концентрации, поскольку с

провождается высокими температурами, актуальной

ее ростом растет и содержание активного кислоро-

задачей становится разработка эффективных высоко-

да, и температура разложения пероксида водорода.

термостойких катализаторов и методов их испытаний.

Содержание активного кислорода увеличивается от

Цель обзора — анализ характеристик существу-

40.0 для 85%-ного пероксида водорода до 46.1% для

ющих и разрабатываемых катализаторов разложения

98%-ного пероксида водорода, а температура разло-

ПВ разной концентрации, способов их получения, а

жения в этом же интервале концентраций увеличива-

также сравнение каталитической активности и ис-

ется от 907 до 1125 K [8].

пользование катализаторов в разрабатываемых ор-

Низкий уровень токсичности пероксида водорода,

битальных маневровых двигателях. Очень краткие

освоенность в промышленном масштабе техноло-

сведения о катализаторах разложения пероксида во-

гии его получения, коммерческая доступность и его

дорода содержатся в ряде статей [14-18].

универсальность (он может быть и монотопливом, и

окислителем) подтверждают возможность создания

Требования к катализаторам разложения

топливной системы с низкой стоимостью и выгодны-

пероксида водорода

ми экологическими свойствами. При использовании

в качестве монотоплива пероксид водорода имеет

Выбор катализатора является одной из наиболее

удельный импульс ниже, чем у гидразина, на 11%,

важных задач при разработке двигательной уста-

даже если используется 98%-ный пероксид водоро-

новки на основе пероксида водорода. На рабочий

да (98% — наивысшая концентрация, доступная на

срок службы катализатора влияет много факторов:

рынке). Следует отметить, что переход от 87.5%-ного

материал катализатора, давление в камере разложе-

пероксида водорода к 98%-ному увеличивает теоре-

ния, концентрация пероксида водорода и нагрузка

тический удельный импульс на 12 с (для гибридных

его потока на катализатор, а также режим работы.

двигателей) [9]. В двухкомпонентной системе комби-

Общая продолжительность рабочего режима катали-

нация гидразин-тетраоксид азота имеет удельный им-

затора может быть более 1 ч. Если каталитический

пульс на 4% выше, чем значение удельного импульса,

пакет действует в пульсирующем режиме многих

которое может быть получено при использовании

стартов и остановок, термический цикл будет разру-

98%-ного пероксида водорода в качестве окислителя

шать каталитический материал. Современные типы

и керосина JP-4 в качестве горючего. Картина изменя-

катализаторов могут выдерживать до 5000 циклов и

ется, если рассматривать удельный импульс с учетом

более [19].

Катализаторы разложения пероксида водорода, используемые в ракетных двигателях (обзор)

461

Помимо главного требования к катализатору —

водит к избыточному увеличению падения давления

обеспечения полноты разложения концентрирован-

в каталитическом пакете [20].

ных растворов пероксида водорода — к нему предъ-

Еще одним важным требованием к катализаторам

является еще ряд следующих требований:

является стойкость к высокой нагрузке на катализа-

— Высокая активность. Время начала реакции

тор, которая выражается в массовой скорости потока

разложения после контакта пероксида водорода с

пероксида водорода через площадь поперечного се-

катализатором должно быть минимальным (пред-

чения пакета катализатора. В ряде исследований она

почтительно до 100 мс), а скорость реакции макси-

находится в пределах 117-280 кг·м^-2·с^-1 [21]. Чем

мальной.

эффективнее катализатор, тем больше через него

— Стойкость к термическому и механическому

можно пропустить пероксида водорода в единицу

удару. Реакция разложения пероксида водорода про-

времени, и, следовательно, уменьшить размеры паке-

текает с большой скоростью с выделением значи-

та катализатора и, таким образом, уменьшить объем и

тельного количества тепла, при этом адиабатическая

массу двигателя. В то же время, увеличение нагрузки

температура образующегося парогаза составляет от

может приводить к увеличению скорости эрозии ка-

632 для 85%-ного пероксида водорода, до 755 для

тализатора, что снижает эффективность катализатора.

90%-ного и 953°С для 98%-ного [10]. Рост темпе-

ратуры вызывает и повышение давления продуктов

Носители катализаторов

разложения пероксида водорода. Особенно важна

высокая стойкость к термическому и механическо-

Cо времени открытия пероксида водорода было

му удару, связанная с циклом включение двигателя/

найдено более ста веществ, способных каталитически

выключение (воспламенение/прекращение работы).

инициировать его разложение [22-24]. Из них наи-

В результате разложения пероксида водорода за очень

более эффективными из металлов являются серебро,

короткое время выделяется большое количество теп-

кобальт, металлы платиновой группы, из оксидов

ла и происходит быстрый подъем температуры со

металлов — оксиды переходных металлов: марганца,

скоростью 200-300 град·с^-1, поэтому большинство

меди и хрома, из солей — перманганаты щелочных и

катализаторов разрушается после нескольких терми-

щелочноземельных металлов.

ческих циклов.

Как правило, удельная поверхность самого катали-

— Высокая активность и стабильность в широком

тического элемента или соединения невелика, и если

интервале рабочего режима в жидкой и в паровой

используется только их активная фаза, то скорость

фазах.

разложения пероксида водорода недостаточна, чтобы

— В ряде случаев обеспечение максимальной

данный материал можно было использовать для раз-

цикличности работы двигателя в режиме пуск/оста-

ложения пероксида водорода в ракетном двигателе.

новка двигателя.

Поэтому для увеличения площади поверхности ак-

— Стойкость к стабилизирующим агентам, до-

тивной фазы ее наносят в виде тонкого слоя на высо-

бавляемым к пероксиду водорода для повышения его

копористый материал-носитель. Физические свойства

длительной стабильности, которые могут разлагаться

носителя катализатора являются важным фактором,

при высоких температурах, а продукты разложения

в большой степени влияющим на механические и

отравлять катализатор.

термические свойства катализатора, на время его

— Высокая механическая стойкость к перегрузкам

работоспособности, а также на скорость разложения

и транспортировке, а также обеспечение малого уно-

пероксида водорода.

са катализатора при работе.

С 1950-х годов в ракетных двигателях на перокси-

— Оптимальное соотношение между механиче-

де водорода широко используются сетки из серебра

ской прочностью и площадью удельной поверхности.

или гранулы с активной фазой, но в последние 10 лет

В низкопористых катализаторах (с невысокой удель-

все большее внимание привлекают новые формы

ной поверхностью) разложение пероксида водорода

носителя: структурированные или ячеистые, сото-

происходит с меньшей скоростью, что приводит к его

подобные носители, изготовленные из одного блока

неполному разложению, понижению температуры

материала, поэтому называемые монолитами [10,

продуктов разложения и вызывает «захлебывание»

21-26].

катализатора первой порцией пероксида водорода, в

Сеточные катализаторы. Сеточные катали-

то время как в высокопористых катализаторах (с вы-

заторы изготавливают из проволоки благородных

сокой удельной поверхностью) при термическом воз-

металлов (в этом случае их нельзя назвать носите-

действии происходит разрушение носителя, что при-

лями). Серебряные сетки 20 меш с диаметром про-

462

Гусейнов Ш. Л. и др.

волоки 0.356 мм имеют удельную поверхность около

водорода. Кроме того, в каталитических пакетах во

10.7 см²·г^-1 [18]. Это на несколько порядков меньше

время пуска и выключения (прекращения работы)

удельной поверхности керамических таблеток. Для

могут возникать структурные проблемы.

того чтобы снизить затраты, серебро или платину

С целью замены серебряных катализаторов в рабо-

наносят на сетки из нержавеющей стали или никеля.

те [34] были предложены гранулированные катализа-

Хотя на таких сеточных катализаторах достигается

торы на носителе из оксида алюминия с оксидомар-

эффективность более 95%, у них имеется ряд недо-

ганцевой активной фазой. Катализаторы получают

статков. Высокая плотность сетки, необходимая для

термическим разложением смеси различных прекур-

получения большой площади поверхности, является

соров, таких как гидроксиды, карбонаты, нитраты и

причиной резкого падения давления в каталитиче-

оксалаты [35]. Этим методом были получены также

ском пакете. Это в свою очередь требует большего

катализаторы из оксидов марганца и кобальта [36].

давления в питающей системе. Сетки очень тяжелые,

Катализаторы в виде таблеток или сферических гра-

поскольку состоят из никеля и серебра. Материалы

нул могут быть получены пропиткой коммерчески до-

и сам метод нанесения являются весьма затратны-

ступных гранулированных носителей прекурсорами

ми. Затруднения в достижении большего удельного

активных соединений. Например, так были получены

импульса за счет использования пероксида водорода

катализаторы из оксида марганца с добавкой оксида

концентрацией более 92% на серебряных катализа-

свинца на оксиде алюминия [37, 38].

торах связаны с относительно низкой температурой

Наиболее часто для получения гранулированных

плавления серебра (962°С), близкой к температуре,

носителей катализаторов используется гамма-оксид

развиваемой при разложении 90%-ного пероксида

алюминия из-за его высокой удельной поверхности

водорода. В результате сетки спекаются, что снижа-

и альфа-оксид алюминия из-за высокой термической

ет удельную поверхность катализатора и тем самым

стойкости. Но применение их для изготовления ка-

эффективность разложения пероксида водорода [27].

тализатора зависит от концентрации используемо-

Гранулированные носители. В качестве альтерна-

го пероксида водорода. Было найдено, что γ-Al₂O₃

тивы сеточным катализаторам активно исследуются

чувствительнее к термическому удару. При исполь-

каталитические пакеты из керамических пористых

зовании 98%-ного пероксида водорода высокая тем-

таблеток и сферических гранул с активной фазой

пература вызывает фазовые изменения в γ-Al₂O₃, в

из различных каталитических веществ. Несколько

результате которых уменьшается площадь удельной

исследовательских групп недавно подтвердили пер-

поверхности. Более термостойкий α-Al₂O₃ имеет

спективность этого направления [28-33].

удельную поверхность на два порядка меньше, чем

Катализаторы таблеточного типа в ракетных дви-

γ-Al₂O₃, и эффективность катализаторов на его осно-

гателях начали широко использовать с 50-х годов

ве несколько ниже [39].

прошлого века. Их можно было легко производить

Термостойкость оксида алюминия может быть

из доступных и сравнительно недорогих материалов,

повышена допированием его кремнием, лантаном

а также легко перерабатывать. Относительно низкая

или оксидом бария [40, 41]. В качестве термостой-

стоимость, отработанная технология и доступность

ких носителей, сохраняющих при температурах

способствуют тому, что разработки подобных катали-

выше 1200°С свои свойства, в том числе удельную

заторов продолжаются до настоящего времени.

поверхность, были предложены гексаалюминаты ба-

Наиболее часто в качестве носителя используется

рия и лантана [42, 43]. Гексаалюминат бария был

пористый оксид алюминия (из-за его высокой удель-

использован в качестве носителя для платины и ок-

ной поверхности), а в качестве активной фазы —

сида марганца с добавкой оксида свинца в гибрид-

платина или оксиды марганца. Эти катализаторы

ном трастере [орбитальные маневровые ракетные

обычно изготавливают в виде таблеток различной

двигатели в зарубежной литературе кратко называют

формы и размеров с различной удельной площадью

трастер («thruster»), поэтому мы дальше тоже будем

поверхности, чтобы создать оптимальную конструк-

пользоваться этим наименованием], где топливом

цию каталитического пакета и двигателя. Следует

служила смесь (50:50) пероксида водорода и этанола.

отметить, что таблетки не свободны от недостатков:

Температура в результате горения такой смеси была

каталитический материал может разрушаться бла-

выше 1000°С [42].

годаря неоднородной упаковке и трению таблеток

Установлено [28], что в носителях с добавкой гек-

друг с другом, из-за механического и термического

саалюмината лантана значения удельной поверхности

удара, вызываемого чрезвычайно резким подъемом

при высокой температуре сохраняются лучше, чем в

давления и температуры при разложении пероксида

случае оксида алюминия. Кроме того, гексаалюминат

Катализаторы разложения пероксида водорода, используемые в ракетных двигателях (обзор)

463

лантана имеет большие прочность на изгиб и трещи-

типов носителей для катализаторов и методов их

ностойкость, чем γ-Al₂O₃.

получения.

При разработке высокоэффективного монотоплив-

Монолитные носители для катализаторов разло-

ного трастера с тягой 10 Н, работающего на смеси

жения пероксида водорода. В последние 10 лет для

пероксид водорода-этанол, так же, как и в работе

разложения концентрированного пероксида водорода

[42], потребовался носитель катализатора с высо-

в ракетных двигателях появляется все больше иссле-

кой термостойкостью. Baek с сотр. [44] изготовили

дований по разработке новых структур катализато-

такой носитель на основе гамма-оксида алюминия,

ров: ячеистых или сотовых носителей, изготовленных

допированного оксидом кремния (SiO₂-Al₂O₃), с ак-

из одного блока материала, поэтому называемых мо-

тивной фазой из оксида марганца. Были проведены

нолитными [25, 26, 51, 52]. В качестве монолитных

тесты на прочность носителей катализаторов: SiO₂-

носителей рассматриваются и металлические пены

Al₂O₃, гексаалюмината лантана и γ-Al₂O₃. Носитель

[53]. Катализаторы на металлических пенах редко

SiO₂-Al₂O₃ обеспечил большую эффективность по

используются для разложения пероксида водорода,

активности и термостойкости катализатора при вы-

несмотря на ряд достоинств. Площадь их поверхно-

сокой температуре (1400°С), чем другие носители.

сти много больше, чем у сеток, и если они изготовле-

Аналогичные результаты получены при использова-

ны из активных металлов, то нет нужды в нанесении

нии в качестве носителя оксида алюминия, содержа-

активной фазы. Один из недостатков — значительное

щего 13% оксида кремния [45].

падение давления в пакете из-за нерегулярной струк-

Исследования гранулированных и таблеточных

туры [54].

платиновых катализаторов на подложке из γ-Al₂O₃

Сотоподобные монолитные катализаторы широко

показали, что гранулированный катализатор более

используются в автомобильной промышленности

активен, чем таблеточный. При этом он обеспечивает

для очистки выхлопных газов. Технология произ-

быстрое и полное разложение пероксида водоро-

водства, массовый выпуск таких субстратов, насчи-

да. Размеры гранул оказывают сильное влияние на

тывающей более 50 лет экспериментов в области

скорость реакции разложения пероксида водорода.

катализаторов нейтрализации выхлопов автомобиля,

Для равных количеств катализаторов внешняя по-

в настоящее время освоены в промышленном мас-

верхность увеличивается, когда размер гранул ката-

штабе [55]. Ячеистая керамика обладает множеством

лизатора уменьшается, что приводит к большей его

полезных свойств, пригодных в жестких условиях

каталитической активности [46, 47].

работы ракетного двигателя на концентрированном

Результаты ряда исследований по разложению

пероксиде водорода. Она коммерчески легко доступ-

концентрированного пероксида водорода на ката-

на. Промышленность изготавливает образцы моно-

лизаторах с использованием оксида марганца под-

литных носителей, которые различаются по природе,

твердили существенное влияние типа носителя на

форме и плотности каналов [52].

каталитические свойства катализатора [48, 49].

По сравнению с обычными, сетчатыми и гранули-

Хотя катализаторы таблеточного типа характери-

рованными катализаторами, изготовленными экстру-

зуются значительно меньшим падением давления,

зией или спеканием, в виде таблеток, сферических

чем порошковые катализаторы, но большое падение

гранул, ячеистые монолитные катализаторы имеют

давления и осцилляция давления все еще наблюда-

ряд преимуществ: 1) меньшее падение давления в

ются на этих катализаторах при высоких скоростях

каталитическом пакете, 2) большая стойкость к те-

потока пероксида водорода и продуктов его разло-

пловому удару и стойкость к истиранию по сравне-

жения (нагрузка может достигать 10 г·см^-2·с^-1) [50].

нию с таблетками, 3) равномерность распределения

Износ (истирание) таблеток при эксплуатации

потока ПВ и лучшие условия массо- и теплопереноса,

и транспортировке приводит к образованию оскол-

4) меньшая длина диффузионного пути, так как ката-

ков и пыли, которые могут быть ответственными за

лизатор присутствует в виде очень тонкого слоя [48].

неравномерное распределение потока, увеличение

Все эти свойства позволяют использовать подоб-

падения давления и унос катализатора. К недостат-

ные носители при быстрых изменениях давления и

кам таблеточных катализаторов можно отнести и

температуры в каталитическом пакете. Кроме того,

ограничение в массопереносе, а также проблемы

пористые вспененные ячеистые или вспененные мо-

масштабного эффекта при переходе от лаборатории

нолиты с определенными проточными каналами по-

к производству [50].

вышают площадь активной поверхности, что способ-

Упомянутые выше недостатки таблеточных

ствует уменьшению объема каталитического пакета.

катализаторов обусловили поиск альтернативных

Каналы в сечении могут иметь форму квадратов или

464

Гусейнов Ш. Л. и др.

треугольников. Число каналов может быть от 40 до

изменяют энергию активации, необходимую для

90 на 1 см² [10].

разложения пероксида водорода. Было найдено, что

Таким образом, монолитные катализаторы явля-

энергия активации термического разложения состав-

ются привлекательной альтернативой традиционным

ляет 188-230 кДж·моль^-1 [60], а энергия активации

системам, позволяющей разработать каталитические

каталитического разложения находится в интервале

пакеты для микродвигателей [25, 26, 51]. Для изготов-

40-50 кДж·моль^-1 [61]. Разложение пероксида водо-

ления монолитных носителей чаще всего используют

рода протекает под воздействием обоих факторов.

такие минералы, как кордиерит, муллит или синте-

Koopmans [62] выделил семь стадий в каталитиче-

тический карбид кремния [22, 52, 56]. В работе [27]

ском процессе разложения, из которых наиболее важ-

использовались ячеистые носители на основе оксида

ными являются адсорбция и разложение пероксида

циркония, стабилизированного оксидом иттрия, с

волорода на поверхности катализатора. Скорость ре-

оксидом марганца в качестве активной фазы. Эти ка-

акции зависит от выбора активной фазы. Абсорбция

тализаторы разработаны авторами без использования

зависит от числа активных центров, доступных пе-

технологии нанесения тонкого слоя (метод wash-coat

роксиду водорода.

layer), обычно используемой для увеличения площади

Основными катализаторами, используемыми в ра-

активной поверхности ячеистых катализаторов.

кетных двигателях, являются катализаторы на основе

В отличие от каталитических пакетов из таблеток

серебра, платины и оксидов марганца.

монолитные катализаторы для разложения пероксида

Катализаторы на основе серебра. Несмотря на

водорода исследованы меньше, и только в последнее

высокую стоимость и появление новых катализаторов

десятилетие они разрабатываются в США и Европе.

разложения пероксида водорода, серебряные катали-

Обзоры по сотоподобным катализаторам для авто-

заторы все еще довольно широко находят применение

мобильной промышленности приведены в работах

в существующих и разрабатываемых новых маневро-

[55, 57].

вых орбитальных ракетных двигателях. В настоящее

Для приготовления катализаторов ячеистая кера-

время во многих таких двигателях используются па-

мика сначала подвергается процессу wash-coat (осаж-

кеты из серебряных сеток или серебро, нанесенное

дению на внутренней поверхности каналов тонкого

на металлическую сетку или керамический носитель

пористого слоя), затем пористый слой пропитывается

[21, 31, 63-73]. Основное достоинство серебряных

активной фазой [50].

катализаторов — высокая эффективность разложе-

Существенное преимущество монолитов не-

ния пероксида водорода, компактность, несложный

сколько уменьшается рядом недостатков. Результаты

процесс изготовления и множество доступных ге-

работ [27, 58] показывают относительно низкую

ометрических форм катализатора [21]. Для разло-

скорость подъема температуры для пакета катали-

жения пероксида водорода в качестве катализатора

затора с малой нагрузкой (менее 10 кг·м^-2·с^-1). Это

традиционно используют пачки из серебряных сеток,

значительно меньше, чем в пакете из таблеток, на-

например, в двигателях Гамма 201 и Гамма 301 [71].

грузка для которых может превышать 900 кг·м^-2·с^-1

По данным ряда работ серебряные сетки перед

[59], хотя обычные нагрузки находятся в интервале

использованием следует активировать выдержкой

50-100 кг·м^-2·с^-1. Низкая нагрузка требует много

в 10%-ном растворе нитрата самария [16] или в

большего диаметра пакета катализатора, что увели-

10-15%-ном растворе азотной кислоты [16, 21, 66,

чивает и объем трастера. Кроме того, монолитный

68, 74-76] с последующей тепловой обработкой при

носитель имеет очень низкую удельную поверхность

900 K, причем предпочтение следует отдать азотной

(<<1 м²·г^-1), требующую дополнительного нанесе-

кислоте [16, 75]. Относительно низкая температура

ния связанного с носителем тонкого слоя с развитой

плавления серебра близка к температуре продуктов

поверхностью (процесс wash-coat) и последующей

разложения 98%-ного пероксида водорода. Поэтому

пропитки активной фазой. Технология нанесения

применение в камерах разложения пероксида водо-

пористого слоя довольно трудоемка.

рода в качестве активной фазы серебра или сеток из

стали или никеля, покрытых серебром, не позволяет

использовать в них пероксид водорода концентрацией

Катализаторы разложения пероксида водорода

более 90-92%.

для использования в ракетном двигателе

Для повышения термостойкости и прочности ката-

Разложение пероксида водорода может проис-

литического пакета из серебряных сеток при работе

ходить как термическим путем, так и под воздей-

с высококонцентрированным пероксидом водоро-

ствием катализаторов. Катализаторы существенно

да серебряные сетки комбинировали с сетками из

Катализаторы разложения пероксида водорода, используемые в ракетных двигателях (обзор)

465

нержавеющей стали или никеля [21, 66, 77]. В ре-

Интересные данные были получены Бланком и

зультате катализатор успешно был использован для

др. [19], которые исследовали состояние серебряных

разложения 92%-ного пероксида водорода с полнотой

сеток в процессе разложения 90%-ного пероксида

разложения выше 95%. Вероятно, это обусловлено

водорода при очень высоких давлениях (от 69 до

тем, что часть тепла поглощается стальной сеткой и,

276 бар) и с осевой нагрузкой (скорость массового по-

кроме того, как бы уменьшается объемная концен-

тока пероксида водорода, поделенная на поперечную

трация серебра. Кроме того, перегородки из сеток

площадь каталитического пакета), в 3 раза превыша-

других металлов позволяют устранить образование

ющей обычные штатные значения (0.03 кг·м^-2·с^-1).

сквозных каналов в каталитическом пакете, исключа-

Эффективность превысила 90%. Преимущества уве-

ющее неравномерность потока пероксида водорода.

личения поверхности подложек с нанесенной актив-

Недостатком таких пакетов является большой вес

ной фазой рассмотрены на примере серебра на под-

катализатора.

ложке Al₂O₃ по сравнению с чистым серебром [14].

Для повышения термостойкости серебряного ката-

Bramanti и др. [23] нашли, что при работе в качестве

лизатора вместо сетки было предложено [78] исполь-

катализатора разложения пероксида водорода часть

зовать чередующиеся слои таблеток из керамического

серебра со временем уносится. Это сокращает ресурс

материала с нанесенным на него серебром и слои

работы катализатора. К недостаткам серебряного

таблеток из того же материала, но без серебра. Это

катализатора можно отнести потерю массы после

позволило снизить температуру в камере сгорания,

нескольких циклов запуска двигателя, которая про-

возможно, за счет абсорбции части выделяющегося

порциональна квадрату площади пакета катализатора.

тепла.

Однако главным недостатком серебра является его

Результаты испытаний показали высокую эф-

чувствительность к отравлению активной поверхно-

фективность разложения, уменьшение уноса ката-

сти содержащимися в пероксиде водорода стабили-

лизатора и уменьшение падения давления в пакете

заторами. Из-за гетерогенности процесса разложения

катализатора [78]. Однако сборка такого пакета со-

пероксида водорода на серебре точный механизм этой

провождается большой трудоемкостью.

реакции все еще не известен. Возможно, в его основе

Вместо обычно используемого пакета из сеток был

лежит радикальный механизм [73].

разработан пакет из сложенных в пачки серебряных

Кроме того, имеется ряд других недостатков, та-

тонких пластинок с отверстиями разного размера в

ких как большое падение давления в каталитическом

них. Пакет имеет большую площадь поверхности.

пакете, увеличивающаяся со временем при несколь-

Сообщалось, что такая компоновка позволит умень-

ких пусках задержка начала реакции разложения, не-

шить падение давления в пакете при работе двигателя

обходимость предварительного нагрева катализатора.

по сравнению с сетками и увеличит срок службы.

Несмотря на дороговизну и определенные недостатки

Катализатор показал хорошую эффективность при

серебряных сеток, работы по их использованию в

разложении 90%-ного пероксида водорода при на-

качестве катализатора разложения пероксида водо-

грузке 40 г·м^-2·с^-1 в широком интервале давлений

рода продолжаются. Недавно было сообщено [80] о

при использовании в течение 900 с [16]. О возможном

разработке нового оригинального гибридного ракет-

спекании сеток сведений в статье нет. Недавно был

ного двигателя, снабженного камерой разложения с

предложен композитный серебряный катализатор,

использованием серебряных сеток. Камера способна

полученный добавлением керамического материала

пропускать 1 кг·с^-1 87.5%-ного пероксида водорода и

(в форме шариков или таблеток) [78, 79]. Авторы

обеспечивает простое надежное воспламенение горю-

сообщили о хороших характеристиках катализатора

чего на основе металлизированного полибутадиена с

для разложения 98%-ного пероксида водорода при

концевыми гидроксильными группами (горючего-свя-

эффективности, близкой к 100%, и времени задержки

зующего — НТРВ) при его контакте с продуктами

начала реакции менее 50 мс (для горячего старта).

разложения пероксида водорода. Система способна

Время задержки разложения увеличивается до 100 мс

к многократному запуску [80].

для холодного старта. Авторы также определили оп-

Платиновые катализаторы. Довольно широко в

тимальное содержание серебра и показали, что избы-

качестве катализатора используется платина на раз-

ток серебра в активной фазе может ускорять процесс

личных носителях, например, на носителе из кера-

спекания, т. е. разрушения рабочего слоя из-за изме-

мо-стального сита [49]. Такая структура обладает

нения каталитической поверхности. Удельный им-

хорошей механической прочностью, однако эффек-

пульс составлял 104 с при холодном старте и 114.9 с

тивность катализатора при холодном старте была

при горячем.

неудовлетворительной. Описаны платиновые катали-

466

Гусейнов Ш. Л. и др.

заторы на подложках из кордеирита и карбида крем-

трастера с тягой 5 Н таблетки в отличие от сфери-

ния [22]. В качестве катализаторов рассматривались

ческих гранул разрушаются при тепловом ударе с

и другие благородные металлы Pd, Au [23, 79, 81],

постепенной закупоркой каталитического пакета. В

некоторые металлы платиновой группы, например

то же время Dolci и др. [93] сообщили, что им уда-

иридий на подложке из гамма-оксида алюминия [82].

лось с использованием платины и гамма-оксида алю-

Катализаторы Pt/Al₂O₃. Результаты многих ис-

миния создать катализатор, отличающийся высокой

следований показывают, что платина является весьма

термической и механической стойкостью при разло-

перспективным катализатором разложения перокси-

жении 98%-ного пероксида водорода. Катализатор

да водорода [9, 28, 30, 63, 73, 83-88]. В то же вре-

был способен разложить 1 л 98%-ного пероксида

мя отмечена высокая термическая и механическая

водорода с эффективностью более 95% без повреж-

стойкость платиновых катализаторов с носителем на

дения таблеток или уменьшения каталитической ак-

основе таблеток оксида алюминия при испытаниях в

тивности.

трастерах [31, 67, 89-91].

По экспериментальным данным [63] для неболь-

Из наиболее интересных результатов следует от-

ших ракетных двигателей пригодны таблетки оксида

метить разработку и определение активности дви-

алюминия со средним содержанием низкопористой

гателя с тягой 200 Н на двухкомпонентном топливе

альфа-фазы, которые устойчивы к тепловому уда-

[28]. В двигателе использовали 87.5%-ный пероксид

ру при разложении пероксида водорода. Для повы-

водорода и различное малотоксичное углеводородное

шения стойкости оксидоалюминиевого субстрата и

горючее. Автор сообщает о результатах, полученных

стабилизации активной металлической фазы были

на слое таблеток катализатора Pt-Al₂O₃, на котором

разработаны катализаторы на основе сферических

успешно прошло разложение 21 кг пероксида водо-

гранул Al₂O₃, покрытых тонким слоем смеси оксидов

рода без какого-либо разрушения катализатора и с

церия и циркония (Ce_хZr1-хО₂), которая, как извест-

полнотой разложения пероксида водорода, близкой

но, стабилизирует частицы благородных металлов.

к 100%.

Содержание активной фазы — платины составляло

Высокоэффективные платиновые катализаторы

6-10% [94]. Авторы не заметили никаких изменений

были получены пропиткой пористых таблеток из

в кристаллической структуре и морфологии ката-

оксида алюминия прекурсором платины — H₂PtCl₆

лизаторов после контакта с 30%-ным пероксидом

с последующим их обжигом и образованием метал-

водорода.

лической платины на поверхности таблеток [31, 67,

Из платиновых катализаторов на других носи-

85]. Процесс пропитки и обжига повторяют до дости-

телях следует отметить удовлетворительную эф-

жения требуемой концентрации платины. Полнота

фективность работы двухкомпонентного трастера с

разложения 87.5-90%-ного пероксида водорода со-

тягой 1 Н с применением монолитного катализатора

ставляла 90-94%. О ресурсе работы катализаторов

Pt/кордеирит. В качестве горючего использовали ке-

информация отсутствует.

росин или этанол [51].

Аналогичные катализаторы с платиной на части-

Катализаторы на основе оксидов марганца.

цах оксида алюминия различных размеров (от 1.18

Многие оксиды переходных металлов являются ка-

до 2.00 мм) испытывали для гибридного двигателя,

тализаторами разложения пероксида водорода. Тем не

где горючим служил полиэтилен, а окислителем —

менее большинство исследователей рассматривают в

98%-ный пероксид водорода [9].

качестве наиболее перспективных для практического

Хорошие результаты были получены с катализа-

использования катализаторы на основе оксидов мар-

тором Pt/Al₂O₃ в виде таблеток, в которых содержа-

ганца [14, 48, 84, 95-98]. Сообщается, что активность

лось всего 0.5% Pt на поверхности Al₂O₃. Таблетки

MnO₂ увеличивается при добавлении к нему промо-

имели диаметр 3.2 мм и длину 3.5-4 мм [73, 84, 92].

торов, таких как Zn, Ni, Cu, Bi, Ce и Pb, PbO [24, 37,

Было найдено, что таблетки с платиной превосходят

38, 47, 99, 100], а также оксидов самария и лантана

серебряную сетку по своим каталитическим свой-

[15, 101].

ствам. Эффективность таблеток в условиях испыта-

В отличие от реакции разложения пероксида во-

ний составляет 95%, а серебряной сетки — 74%, при

дорода на благородных металлах процесс разложе-

этом наибольшая степень разложения достигнута

ния пероксида водорода на оксиде марганца более

при меньшей длине пакета даже после воздействия

сложный. Jildeh с сотр. [17] обобщили результаты

почти тройного количества пероксида водорода [73].

прежних исследований разных авторов и предложили

Однако в работе [89] сообщается, что при испыта-

следующую схему реакций пероксида водорода на

нии таблеток катализатора Pt/γ-Al₂O₃ в прототипе

оксиде марганца:

Катализаторы разложения пероксида водорода, используемые в ракетных двигателях (обзор)

467

Mn⁴⁺ + H₂O₂ → H⁺ + Mn³⁺ + HO_2•,

(1)

30%-ного пероксида водорода, когда температура раз-

ложения не более 500°С, Mn₂O₃ по каталитической

HO_2• + H₂O₂ → H₂O + O₂ + HO^•,

(2)

активности превосходит MnO₂ [23] .

HO^• + H₂O₂ → H₂O + HO_2•,

(3)

Многие исследователи считают, что при изготов-

HO^• + Mn³⁺ → Mn⁴⁺ + OH^-.

(4)

лении марганцевого катализатора образуется смесь

из оксидов марганца формулы Mn_xO_y

Уравнения (1)-(4) показывают стадии каталити-

Гранулированные каталитические системы на

ческого разложения пероксида водорода. После ад-

основе оксидов марганца можно получать как из

сорбции молекулы пероксида водорода на активных

смеси оксидов марганца и других металлов, так и

центрах катализатора реакция начинается с обмена

пропиткой пористых носителей прекурсорами в ви-

электронами [реакция (1)] между молекулами H₂O₂

де гидроксидов, карбонатов, нитратов и оксалатов

и MnO₂ с образованием пергидроксильного ради-

марганца с последующим доведением до состояния

кала (MnO_2•). На следующих стадиях происходит

оксидов [35, 104, 105]. Так, соосаждением нитратов

распространение цепи с образованием радикала HO•

Со, Mn и Al в растворе Na₂CO₃ путем добавления

[уравнение (2)] и радикала HO_2• [уравнение (3)]. На

раствора NaOH получали осадок, из которого экс-

конечной стадии катализатор возвращается в исход-

трузией с последующей термической обработкой при

ное состояние [уравнение (4)].

900°С были приготовлены гранулы из смеси оксидов

Далее образуется молекула воды как продукт реак-

Со, Mn и Al [36]. Мольное соотношение Со:Mn:Al

ции между гидроксильным ионом и ионом водорода

составляло 4:1:1. Конечный продукт для каталитиче-

[уравнение (5)]. Альтернативный путь — реакция

ского пакета имел форму цилиндров диаметром 2 мм

между HO_2• и HO^• [уравнение (6)]:

и длиной 3 мм. Катализатор показал способность

разлагать пероксид водорода при холодном старте.

H⁺ + OH^- → H₂O,

(5)

Гранулированные катализаторы на основе смешан-

HO_2• + HO^• → H₂O + O₂.

(6)

ных оксидов, полученные в данной работе, имели

высокую механическую прочность и относительно

Таким образом, в результате этих реакций образу-

низкую удельную поверхность (~6 м²·г^-1) благодаря

ющийся оксид трехвалентного марганца снова пре-

высокой температуре их кальцинирования (прокали-

вращается в исходный диоксид марганца. Но нельзя

вания). Унос массы катализатора во время испытаний

исключить и другую реакцию. Известно, что диок-

в микродвигателе был незначительный. Кроме того,

сид марганца (MnO₂) разлагается при относитель-

отмечено минимальное падение давления в катали-

но низкой температуре (525°С), при этом он теряет

тическом пакете.

молекулу кислорода, превращаясь [реакция (7)] в

Весьма эффективный твердый пористый катали-

оксид марганца(III) [102], а температура разложения

затор для разложения 85%-ного пероксида водорода

пероксида водорода концентрацией не менее 85%

был получен путем нанесения на пористый носитель

значительно выше. В связи с этим можно ожидать,

оксидов марганца [106]. Сам носитель получали спе-

что в случае разложения высококонцентрированного

канием шихты из карбонильного железа, нитрата и

пероксида водорода на марганцевом катализаторе

карбоната натрия при температуре 490-525°С с по-

будет образовываться Mn₂O₃:

следующим дроблением спека. Затем на полученные

4MnO₂ → 2Mn₂O₃ + О₂.

(7)

гранулы пропиткой их в водном растворе перманга-

ната калия и соды наносили эти соли, после чего при

Но превращение MnO₂ в Mn₂O₃ приводит к умень-

температуре 270-300°С получали активную фазу из

шению каталитической активности [17]. Это может

оксидов марганца. Испытания катализатора показали,

быть объяснено изменением энергии активации ре-

что он позволяет осуществлять многократные запуски

акции разложения пероксида водорода на Mn₂O₃,

как с длительным временем работы (по 350 или 411 с

которая составляет 77.1 кДж·моль^-1 [17]. Энергия

каждый, 3-4 пуска), так и с коротким временем рабо-

активации реакции разложения пероксида водорода

ты (8.5 с каждый, 10 пусков подряд). Температура на

на MnO₂ составляет около 50 кДж·моль^-1 [103].

выходе из реактора составляла 490-520°С, массовый

Поскольку температура разложения пероксида во-

унос катализатора — 0.42-1.5%. Видимых следов

дорода концентрацией более 85% достаточно высокая

разрушения катализатора обнаружено не было [106].

(≥750°С), весьма вероятна возможность превращения

С целью повышения степени и скорости разло-

MnO₂ по реакции (7) и уменьшения каталитической

жения пероксида водорода проведены исследования

эффективности. В то же время в случае разложения

по использованию нанокомпозитов оксидов железа

468

Гусейнов Ш. Л. и др.

и марганца, полученных соосаждением, золь-гель

с пероксидом водорода, большинство катализаторов

методом и механохимической активацией с использо-

будет работать с пероксидом водорода в паровой фа-

ванием в качестве исходных веществ Fe(NO₃)₃, FeSO₄

зе. К сожалению, литературные данные в основном

и Mn(NO₃)₂. Нанокомпозиты наносили на различ-

относятся к режимам разложения жидкого пероксида

ные носители. Каталитическая активность образца,

водорода. Информации по паровой фазе крайне мало.

полученного методом соосаждения, была выше ак-

Имеется информация о том, что для исследования

тивности образцов, полученных другими методами.

разложения пероксида водорода в паровой фазе из-

Использование в качестве носителя метасиликата

готовлен реактор, работающий в изотермических

натрия обеспечивает высокую удельную поверхность

условиях [25].

и активность [107].

Много работ посвящено исследованию катали-

Сравнительная оценка эффективности

заторов с активной фазой из оксидов марганца на

активных фаз катализатора

подложках из Al₂O₃ [15, 37, 56, 100], TiO₂ [108, 109],

CoO [36], ZrO₂ [8, 22, 57, 110-113], кордеирита [22,

Как показывает обзор литературы, условия про-

114], SiC [22].

ведения испытаний по разложению пероксида во-

Как показали исследования Kang с сотр. [41],

дорода в разных работах заметно отличаются друг

допирование оксидов марганца лантаном приво-

от друга в зависимости от целей исследователей,

дит к тому, что механическая прочность катализа-

что существенно затрудняет проведение сравнитель-

тора MnO_x/La/Al₂O₃ почти на 58% больше меха-

ной оценки эффективности катализаторов разложе-

нической прочности катализатора MnO_x/γ-Al₂O₃.

ния пероксида водорода. Основными параметрами,

Таким образом, можно ожидать, что катализатор

по которым определяется эффективность катали-

MnO_x/La/Al₂O₃ способен минимизировать истирание

затора, являются: степень и скорость разложения

таблеток катализатора внутри каталитического пакета

пероксида водорода, время выхода процесса на ре-

при работе двигателя. Кроме того, сообщается, что

жим после контакта пероксида водорода с катали-

носитель — оксид алюминия, допированный ланта-

затором, скорость нарастания давления и его вели-

ном, имеет большую стойкость к термическому удару

чина, температура продуктов разложения, скорость

из-за снижения пористости.

истечения продуктов разложения из сопла камеры

Методом золь-гель синтеза получены наноком-

сгорания.

позитные катализаторы на основе смешанных ок-

При исследовании каталитической активности

сидов марганца, иттрия и циркония, содержащие 5,

порошков различных оксидов марганца и серебра

15 и 30% Mn. Их каталитическая активность была

при контакте с 30%-ным пероксидом водорода было

выше активности катализаторов из оксидов Mn/Zr,

установлено, что Mn₂O₃ является наиболее эффек-

полученных пропиткой. Однако во время работы

тивным каталитическим материалом, за ним следует

катализатора активность значительно уменьшается

серебро и MnO₂ (последние два показывают почти

[95]. Эффективность, близкая к 100%, отмечена для

одинаковую каталитическую активность), лишь затем

катализатора MnO₂/ZrO₂ [81].

MnO [23]. Эффективность Mn₂O₃ значительно выше

В работе [27] проведена оценка способности моно-

эффективности остальных материалов. Оксид сере-

литного катализатора с оксидомарганцевой активной

бра — один из наименее активных катализаторов про-

фазой разлагать пероксид водорода начиная с жидкой

цесса разложения пероксида водорода. Визуальные

фазы при температуре окружающей среды. Данная

тесты на металлических проволоках показали, что из

характеристика катализатора является важной пред-

металлических катализаторов серебро, по-видимому,

посылкой для предотвращения возникновения экс-

является наиболее активным каталитическим метал-

тремальной ситуации. Процесс проводили с исполь-

лом, за ним следуют платина, палладий и золото [23].

зованием реактора с постоянным объемом пероксида

Ряд активности катализаторов может изменяться при

водорода с заданным количеством катализатора и с

переходе от катализаторов в виде порошка к катали-

поддержанием постоянной температуры. О реакции

заторам на носителе.

судили с использованием различных качественных и

Опубликовано несколько работ по исследованию

количественных методов [23, 53, 108]. Была проведе-

сравнительной эффективности катализаторов разло-

на также оценка способности катализатора разлагать

жения пероксида водорода, результаты которых часто

пероксид водорода в паровой фазе. Расчетное моде-

противоречивы. Например, Pirault-Roy с сотр. [14]

лирование и имитация работы катализатора показали

провели исследования каталитической активности

[27], что в рабочих условиях, типичных для двигателя

серебра, платины и диоксида марганца в процессе

Катализаторы разложения пероксида водорода, используемые в ракетных двигателях (обзор)

469

разложения пероксида водорода и нашли, что серебро

Влияние материала носителя, его формы

имеет наибольшую активность, затем следует диок-

и удельной поверхности на активность

сид марганца и потом платина, менее активны иридий

катализаторного пакета

и платина с добавкой олова.

Изучение каталитической активности оксида

В описанных в литературе работах исследова-

марганца и платины, нанесенных на пористую ме-

ны различные типы структурированных носителей:

таллическую пену на основе Fe, Cr и Al с покрыти-

сетки [21, 64, 66, 116], пакеты таблеток из оксидов

ем из γ-Al₂O₃ при взаимодействии с 30%-ным ПВ,

металлов [31], тонкие гранулы, пористые вспененные

также показало, что оксид марганца активнее плати-

металлические материалы [113, 117, 118] или сото-

ны [113].

подобные (ячеистые) монолиты с определенными

Данные о разложении пероксида водорода на ак-

проточными каналами [22, 29, 57, 119]. Эти струк-

тивных фазах Ag₂O, RuO₂, MnO₂, Mn₂O₃, PbO, V₂O₅,

туры предложены для повышения площади актив-

нанесенных на Al₂O₃ (S_уд ~200 м²·г^-1), цеолитные

ной поверхности, но при этом необходимо избежать

молекулярные сита (S_уд ~900 м²·г^-1) и оксид кремния

слишком большого объема катализатора. Несмотря

(S_уд ~300-500 м²·г^-1), показывают, что по скорости

на высокую пористость, катализатор должен иметь

разложения 70%-ного пероксида водорода катализа-

высокую механическую стойкость и гарантировать

торы располагаются в ряд Mn_xO_y ˃ RuO₂ ˃ MnO₂ ˃

устойчивый контакт пероксида водорода с актив-

> Mn₂O₃ ˃ V₂O₅ ˃ Ag₂O ˃ PbO [18].

ной фазой. Другой важной характеристикой струк-

Проведено сравнение эффективности двух типов

турированного катализатора является однородность

катализаторов на керамических носителях с активной

проточных каналов, позволяющая уменьшить или

фазой из Pd, Pt, Ag, Mn_xO_y, Ru или Ru_xO_y [63]. В ка-

избежать падения давления в каталитическом пакете

честве носителей использовали сферические гранулы

в результате слишком быстрого разложения перокси-

Al₂O₃ диаметром 0.6 мм (S_уд = 170 м²·г^-1) и Al₂O₃-

да водорода.

SiO₂ (70:30) диаметром 0.6 мм (S_уд = 401 м²·г^-1).

При исследовании гранулированных и табле-

Эффективность катализаторов оценивали по их ре-

точных платиновых катализаторов на подложке из

акции с 30%-ным пероксидом водорода. Получен

γ-Al₂O₃ было обнаружено, что катализатор в форме

следующий ряд активности: Pt ˃ Ag ˃ Ru ˃ Mn_xO_y ˃

зерен активнее, чем таблеточный катализатор. В то

˃ Pd ˃ Ru_xO_y. Эффективность серебра равна эффек-

же время и размеры зерен катализатора оказывают

тивности платины, однако через 15 опытов эффек-

существенное влияние на скорость реакции разло-

тивность внезапно и существенно падает. Было най-

жения пероксида водорода. Для равных количеств

дено, что серебро вымывается с поверхности оксида

катализаторов внешняя поверхность увеличивается,

алюминия из-за его слабой адгезии с оксидом алю-

когда размер гранул катализатора уменьшается, что

миния.

приводит к большей каталитической активности [63].

Surmacz [49] привел литературные данные по экс-

Исследование каталитического разложения пе-

периментальной качественной оценке активности

роксида водорода в паровой фазе при 200°C на ци-

некоторых типов катализаторов с активной фазой

линдрическом и сотоподобном монолитных ката-

Mn_xO_y, Pt, Ru и Pd на импрегнированном ими γ-Al₂O₃

лизаторах, полученных осаждением на носителе из

при их взаимодействии с 30%-ным пероксидом во-

оксида циркония активной фазы MnO_x, показало,

дорода. По каталитической активности катализато-

что сотоподобная форма позволяет достичь более

ры располагаются в ряд Pt/Al₂O₃ ˃ RuO₂/Al₂O₃ ˃

высокой степени разложения пероксида водорода с

> Pd/Al₂O₃ ˃ Mn_xO_y/Al₂O₃. Однако по данным [36]

низким содержанием активной фазы и при меньшей

гранулированные катализаторы на основе оксидов

длине каталитического пакета по сравнению с ци-

марганца, кобальта и алюминия превосходят по эф-

линдрическим носителем [29].

фективности катализаторы из серебряной сетки и

Результаты некоторых исследований по разло-

платины на оксиде алюминия. В то же время в работе

жению концентрированного ПВ на катализаторах с

[115] таблетки платинового катализатора на основе

использованием оксида марганца показали, что не

оксида алюминия оказались эффективнее таблеток

только форма, но также и природа носителя влияет

оксида марганца на том же носителе, правда, при

на каталитические свойства [117, 120].

контакте со смесью пероксида водорода и этанола.

В работе [120] было исследовано большое коли-

Из приведенных данных следует, что независимо от

чество образцов катализаторов с активной фазой из

носителя наиболее активны катализаторы с активной

оксидов марганца и платины, нанесенной на различ-

фазой из оксидов марганца и платины.

ные типы ячеистого носителя с различной геометрией

470

Гусейнов Ш. Л. и др.

каналов. Для сравнения рассмотрены и другие типы

тельные характеристики (средняя эффективность —

катализаторов, такие как таблетка и пена.

95-99%), но разброс результатов во многих случаях

В первой серии испытаний (22 варианта катали-

больше, чем различие результатов между разными

заторов) все катализаторы были монолитного типа

конфигурациями катализаторов. Несмотря на это,

одинакового размера (длина — 20 мм, диаметр —

результаты позволяют наметить общее направле-

12.2 мм). В качестве активной фазы использовали пла-

ние по повышению эффективности катализаторов.

тину и оксиды марганца. В исследовании внимание

Лучшую среднюю эффективность, определенную

было уделено сравнению материалов носителя — кор-

по достигнутой максимальной температуре, также

диерита и карбида кремния (SiC), а также различию

проявляют упомянутые выше монолитный катали-

плотности каналов и их геометрии (квадратные и тре-

затор MnO_x/кордиерит и таблеточный катализатор

угольные формы). Кроме того, сравнивали два метода

MnO_x/γ-Al₂O₃ и, кроме того, Pt/ γ-Al₂O₃.

нанесения активной фазы с нанесением промежуточ-

В работе [49] исследована активность катали-

ного тонкого слоя с высокой удельной поверхностью

тических пакетов на основе оксидов марганца, на-

(метод wash-coating). Плотность каналов составляла

несенных на носители в виде таблеток из оксидов

62-93 канала на 1 см². Испытания проводили в про-

алюминия, при контакте с 98%-ным пероксидом

точном реакторе, аналогичном ракетному двигателю.

водорода. Таблетки различались размером, удель-

Результаты испытаний показали большой разброс

ной поверхностью и фазами оксида алюминия.

данных, но катализаторы показывают удовлетвори-

Испытания проводили на установке, имитирующей

тельные характеристики, давление в камере повы-

монотопливный ракетный двигатель. Об активности

шается до 90% от требуемого давления в течение

катализатора судили по максимальной температуре

350-500 мс после впрыска пероксида водорода.

продуктов. Наибольшая эффективность катализато-

Установлено, что для достижения температуры 500°С

ра получена на таблетках с высокой удельной по-

после холодного старта требуется минимум 3.28 с.

верхностью независимо от содержания активной фа-

(Порог температуры Т = 500°С был выбран, посколь-

зы, наименьшая эффективность — для сферических

ку в работах [121, 122] было показано, что для само-

частиц с низкой удельной поверхностью, включая

воспламенения горючего продуктами разложения

цеолиты.

пероксида водорода в двухкомпонентном двигателе

Судя по максимальной достигнутой температуре

необходима температура выше 450°С.)

наиболее эффективны таблетки катализатора на ос-

Во второй серии авторы исследовали различные

нове носителя из гамма-оксида алюминия с высокой

формы носителей катализаторов, включая монолиты

удельной поверхностью.

и пены различной длины, и катализаторы таблеточ-

Наряду с исследованием сравнительной эффек-

ного типа. Качественное сравнение различных типов

тивности активной фазы, влияния на эффективность

катализаторов было осуществлено на одном и том же

катализатора природы носителя, способов нанесе-

тестовом реакторе.

ния активной фазы, структуры слоя катализатора в

Анализ результатов показывает, что время выхода

каталитическом пакете исследовались и другие па-

на режим составляет для монолитных катализаторов

раметры. Например, в работе [10] для проведения

от 6 до 21 с, а для таблеточных катализаторов — от

сравнения был выбран ряд таких параметров, как

6 до 12 с, причем предпочтение следует отдать моно-

отношение длины пакета к диаметру, осевая нагруз-

литному катализатору MnO_x/кордиерит и таблеткам

ка на катализатор, объемная нагрузка (определяемая

на основе MnO_x/γ-Al₂O₃ с высокой удельной поверх-

как массовая скорость потока пероксида водорода на

ностью с поперечным сечением в виде четырех ле-

объем катализатора).

пестков.

В большинстве случаев можно отметить высокую

Было исследовано влияние нагрузки на характери-

эффективность как таблеточных, так и монолитных

стики катализатора в переходном периоде. Отмечено

катализаторов, но влияние геометрических размеров

положительное влияние увеличенной массы потока.

однозначно определить трудно.

Исследование времени жизни монолитных катали-

Несмотря на упомянутые достоинства монолит-

заторов длиной как 20, так и 10 мм показало, что до

ных носителей катализаторов, в ряде случаях они по

прекращения работы катализатора суммарная нагруз-

некоторым параметрам уступают катализаторам на

ка пероксидом водорода составляет 17.7 и 4.15 кг для

таблеточном носителе. Сравнительные испытания та-

двух конфигураций соответственно [120].

блеточного и монолитного катализаторов с активной

Широкий ассортимент катализаторов, исполь-

фазой Na_0.2MnO₄, использованных для разложения

зованных в этой работе, показывает удовлетвори-

90%-ного пероксида водорода, проведенные с по-

Катализаторы разложения пероксида водорода, используемые в ракетных двигателях (обзор)

471

мощью трастера с тягой 10 Н, показали, что темпе-

при высоких скоростях потока пероксида водорода и

ратура продуктов разложения пероксида водорода и

продуктов его разложения (нагрузка на катализатор

давление в камере были выше в случае таблеточного

может достигать 10 г·см^-2·с^-1) [50]. В работе [124]

катализатора [123].

было исследовано влияние формы и размера гранул

Падение давления внутри каталитического пакета

на падение давления в пакете катализатора. Показано,

было умеренным (0.02-0.1 бар в случае монолита и

что цилиндрические таблетки с отношением диаме-

0.3-0.7 бар в случае таблеточного носителя) [123].

тра к длине более 2 дают меньшее падение давления,

чем сферические таблетки.

Особенно проблема падения давления проявляется

Комбинированные каталитические пакеты

при увеличении масштаба трастера, когда падение

Ряд работ был посвящен исследованию влияния

давления увеличивается. Поэтому приходится уве-

конструкции каталитического пакета и его размера на

личивать давление наддува с увеличением падения

стабильность давления в переходный период работы

давления внутри каталитического пакета (падение от

монотопливного трастера [37, 56].

входа пероксида водорода к нижним слоям катализа-

В работе [49] была создана и испытана специ-

тора). Увеличение наддува приводит к разрушению

альная конструкция катализатора для разложения

нижних слоев катализатора, повышению массы дви-

98%-ного пероксида водорода, названная компо-

гателя в связи с необходимостью упрочнения кон-

зитным каталитическим пакетом. Наименование

струкции.

катализатора связано со структурой такого паке-

Для устранения этих проблем предложен сдво-

та — с чередованием в нем пакетов керамических

енный каталитический пакет, состоящий из пакета с

таблеток катализатора Mn_xO_y/Al₂O₃ и пакетов пла-

гранулами размером 1.18-2.00 мм и пакета с гранула-

тинового катализатора на металлокерамической

ми размером 3.175 мм (рис. 1). Активная фаза гранул

сетке. Испытания показали, что пакет катализатора

катализатора представляет собой оксид марганца с

устойчив к термическому и механическому ударам,

добавкой оксида свинца. Оптимальное количество

а также к отравлению продуктами разложения. По

малого пакета, при котором происходит уменьшение

мнению авторов, эта структура должна соединять в

падения давления, составляет 18.3% [125].

себе преимущества различных типов катализаторов,

Были рассмотрены также альтернативные ком-

такие как: хорошие механические свойства, высокая

поновки серебряных катализаторов. Так, в работе

активность, хорошие характеристики холодного стар-

[21] пакет состоял из двух секций, первая — цели-

та, время жизни.

ком из дисков серебряных сеток с разделяющими их

Хотя катализаторы таблеточного типа создают

дисками сеток из нержавеющей стали, вторая — из

значительно меньшее падение давления, чем по-

дисков серебряных сеток с расположенной в конце

рошковые катализаторы, большое падение давле-

добавкой платинового катализатора на монолитном

ния и осцилляция давления все еще наблюдаются

носителе. Двойной каталитический пакет способ-

Рис. 1. Схема трастера со сдвоенным пакетом.

1 — инжекторы, 2 — пакет гранул размером 1.18-2.00 мм, 3 — пакет гранул размером 3.175 мм, 4 — диспергатор, 5 —

камера сгорания, 6 — сопло.

472

Гусейнов Ш. Л. и др.

ствует уменьшению падения давления и позволяет

женная полнота его разложения, если катализатор

разлагать пероксид водорода концентрацией 90% c

разложения способен генерировать окисляющий пар,

полнотой разложения до 90%.

достаточно горячий, чтобы воспламенить горючее.

В любом случае время эксплуатационной жизни ка-

тализатора будет определять время эксплуатации

Исследование эффективности катализаторов

двигателя [81].

разложения в маневровых орбитальных

Монотопливный трастер обычно работает в им-

ракетных двигателях для спутников (трастерах)

пульсном режиме с быстрым временем реагирования,

Маневровый двигатель спутника должен иметь

при этом для многократных запусков требуется, что-

как можно меньшую массу и размер, чтобы можно

бы эффективность катализатора изменялась незначи-

было увеличить массу полезной нагрузки спутника.

тельно. В двухкомпонентном и гибридном трастерах

Общий размер трастера в первую очередь зависит от

с высоким уровнем тяги трастер потребляет большое

объема пакета катализатора, а масса и объем пакета

количество пероксида водорода в одной операции

катализатора должна соответствовать количеству

за сотни секунд. При этом двухкомпонентный трас-

пероксида водорода, которое должно быть разложено

тер должен иметь конструкцию, минимизирующую

на катализаторе [67, 126, 127]. Поэтому общая эффек-

нестабильность горения и повышающую эффектив-

тивность катализаторного пакета (скорость разложе-

ность горения [15].

ния пероксида водорода, диаметр и длина каталити-

В настоящее время разработка трастеров на основе

ческого пакета, масса, способность к многократным

пероксида водорода проводится во многих иссле-

пускам и др.) оказывает большое влияние на массу и

довательских лабораториях США и Китая, в боль-

размеры трастера. Трастер имеет компактный размер,

шей степени в Европе (Италия, Австрия, Польша,

если скорость разложения топлива на каталитическом

Франция, Германия), очень интенсивно в Южной

пакете высока, в то же время каталитический пакет

Корее и некоторых других странах Азии (Япония,

должен обеспечить многократный запуск двигателя.

Индия, Малайзия). В России в Московском авиаци-

На эффективность пакетов катализаторов могут

онном институте (МАИ) разрабатывается серия двух-

влиять внешние факторы, такие как предварительный

компонентных трастеров с использованием керосина

нагрев и способ ввода пероксида водорода (конструк-

и 94-98%-ного пероксида водорода [135, 141].

ция инжектора), что тоже может сказаться на массе и

Обзор исследований за последние 20 лет по раз-

размере трастера.

работке катализаторов разложения высококонцентри-

Для регулировки высоты орбиты, ориентации и

рованного пероксида водорода, приведенный выше,

других маневров спутников, различающихся своими

показывает, что конструкторы двигателей имеют до-

размерами и массой, разрабатываются различные

вольно широкий выбор катализаторов для создания

двигательные системы, причем для микро- и малых

разнообразных трастеров. Главным параметром при

спутников разрабатываются монотопливные трас-

выборе катализатора является эффективность катали-

теры c тягой от 100 мН до 50 Н [15, 42, 67, 76, 89,

тического пакета, поскольку полнота и скорость раз-

128-132], а для крупных спутников — двухкомпо-

ложения пероксида водорода могут играть ключевую

нентные (окислитель и горючее) с тягой от 100 до

роль в создании любого трастера.

2500 Н [133-135] и гибридные трастеры с тягой от

Использование катализаторов в монотопливных

250 до 2500 Н [136-139]. Для очень маленьких спут-

трастерах. Большое внимание при разработке моно-

ников, таких как кубсат (cubesat — спутники в виде

топливных трастеров уделяется влиянию катализато-

куба, кубические сателлиты), проблема разработки

ра и конструкции трастера на стабильность давления

маневровых двигателей осложняется. Недавно в ра-

во время работы. В обычном ракетном двигателе,

боте [140] для таких спутников предложены новые

чтобы достичь ровного горения, колебания давле-

концепции трастера, использующего пары пероксида

ния в реакционной камере в стационарном режиме

водорода в качестве топлива.

не должны превышать ±5% от среднего давления в

Известно, что чем выше полнота разложения пе-

камере. Хотя было выполнено несколько аналитиче-

роксида водорода, тем выше эффективность двигате-

ских исследований низкочастотной нестабильности

ля. В монотопливном ракетном двигателе повышен-

монотопливных трастеров с учетом их практической

ная температура разложения приводит к увеличению

важности, доступных для анализа данных по неста-

удельного импульса. В двухкомпонентном и гибрид-

бильности давления очень мало [142].

ном вариантах ракетного двигателя, использующего

Среди трех типов нестабильности — высоко-,

пероксид водорода, может быть приемлема пони-

средне- и низкочастотной нестабильности основное

Катализаторы разложения пероксида водорода, используемые в ракетных двигателях (обзор)

473

внимание уделяется низкочастотной нестабильно-

в вакууме. Огневые испытания трастера в течение

сти давления, так как она появляется главным об-

5 с показали, что эффективность составляет 95.3%

разом в ракетных двигателях с низкой тягой, с ка-

и колебания давления в камере равны ±13%. Чтобы

мерами низкого давления (0.69-3.45 МПа) [37, 56,

снизить нестабильность горения, в качестве носителя

142]. Эффективность катализатора может оказывать

был использован высокотермостойкий гексаалюми-

большое влияние на стабильность давления в камере

нат лантана. Колебания давления составили в этом

разложения.

случае ±3.8% при эффективности 92.8% [145]. Эти

В работах Jo с сотр. [37, 38, 56] была исследована

результаты показывают осуществимость создания

пульсирующая нестабильность монотопливных трас-

трастера с использованием вместо гидразина смеси

теров на пероксиде водорода с гранулированными ка-

этанол-пероксид водорода в качестве высокоэффек-

тализаторами MnO₂-PbO и MnO₂ на оксидноалюми-

тивного и нетоксичного трастера для космических

ниевом носителе. Нестабильность зависит от способа

исследований.

подачи топлива, активности катализатора и размеров

Катализаторы на основе активной фазы из оксидов

каталитического пакета. В результате эксперимен-

марганца широко испытываются и находят примене-

тальных исследований [38] было найдено, что такие

ние в монотопливных трастерах [15, 42] и гибридных

рабочие характеристики процесса разложения перок-

двигателях [97, 110]. Сообщалось, что предваритель-

сида водорода, как время подъема давления и темпе-

ный нагрев катализатора до 150°С заметно улучшает

ратуры и остаточное время, зависят от активности

стабильность процесса и уменьшает время начала

катализатора. Время работы определяли по давлению

разложения, а также другие характеристики двига-

в камере. Время подъема давления определяли как

теля [103].

время, за которое происходит подъем давления от 1%

Наряду с исследованием влияния катализаторов на

давления в камере (Р_с +1%) до 90% от Р_с (Р_с + 90%) в

работу трастеров исследуют также влияние элемен-

фазе подъема. Остаточное время, или время падения

тов конструкции на степень разложения катализатора

давления, определяли как время, за которое происхо-

и постоянство скорости разложения пероксида водо-

дит падение давления от 95% давления в камере до

рода. Особое внимание уделяют разработке инжекто-

10% давления в камере в фазе падения давления. Из

ров для подачи пероксида водорода [131, 116].

результатов экспериментов следует, что катализатор

Двухкомпонентные трастеры. Наряду с моното-

с большей активностью (катализатор MnO₂-PbO ак-

пливными трастерами довольно интенсивно ведутся

тивнее MnO₂) в большей степени сокращает время

исследования по разработке двухкомпонентных трас-

подъема, а также и время падения.

теров с тягой от 1 до 1200 Н [51, 100, 134, 146-148].

По-прежнему продолжается разработка трасте-

В двухкомпонентном двигателе в камеру сгорания

ров, в которых используется катализатор на основе

пероксид водорода поступает в виде жидкости либо

серебряных сеток [74, 75, 78, 112, 143]. Отмечены

в камеру сгорания инжектируются горячие продукты

высокая степень разложения 90-92%-ного пероксида

его каталитического разложения, при этом продукты

водорода, достигающая 95-100% [75, 77, 79, 144], и

разложения должны испарить и воспламенить жид-

удельный импульс, равный 101 [144] и 104.4 с [79].

кое горючее, поступающее также в камеру сгорания

Если серебряные катализаторы использовали

(рис. 2) [149].

главным образом при разработке трастеров с тягой

Этот последний метод имеет ряд преимуществ.

0.5-1 Н, то платиновые катализаторы на оксиде алю-

Инжекционная система упрощается, поскольку газо-

миния находят применение в конструкциях трастеров

вый поток продуктов разложения при столкновении с

с тягой от 5 до 50 Н [27, 30, 67, 89, 131]. Высокая

инжектируемым в камеру сгорания потоком горючего

активность катализаторов позволяет достичь 95-98%

быстро распыляет его, что способствует эффективно-

разложения 98%-ного пероксида водорода [27, 67,

му взаимодействию горючего и окислителя. Другое

131]. Трастер, разработанный в работе [27], имел

преимущество заключается в том, что температура

удельный импульс на уровне моря, равный 130 с, что

продуктов разложения пероксида водорода выше

соответствует 185 с в вакууме.

температуры самовоспламенения горючего, и, таким

Недавно Baek с сотр. [145] сообщили о разработке

образом, отпадает необходимость в отдельной систе-

трастера с тягой 10 Н с использованием в качестве

ме поджига.

монотоплива смеси этанола с пероксидом водорода,

Однако в этом случае конструкции инжектора и

а в качестве катализатора — платины на гамма-ок-

камеры сгорания должны обеспечить соответству-

сиде алюминия. Топливо имеет удельный импульс в

ющие условия потоков для самовоспламенения и

вакууме 214 с и объемный удельный импульс 276 г·с

поддержания горения. Поскольку для оптимальной

474

Гусейнов Ш. Л. и др.

Рис. 2. Схема двухкомпонентного трастера.

1 — инжекторы, 2 — пакет катализатора, 3 — диспенсор, 4 — камера сгорания, 5 — сопло.

теоретической производительности топлива пероксид

пероксида водорода, с увеличением концентрации

водорода/керосин массовое соотношение окислитель/

пероксида водорода и давления.

горючее составляет около (7.5-8):1 (в зависимости от

В работах [51, 122] исследована самовоспла-

концентрации пероксида водорода), трудно полно-

меняемость горючих — керосина и этанола в

стью смешать относительно небольшое количество

двухкомпонентном трастере с использованием

горючего с окислителем. Конструкции инжектора и

87.5%-ного пероксида водорода и монолитных ка-

камеры сгорания должны способствовать как хоро-

тализаторов — платины и оксидов марганца на кор-

шему перемешиванию, так и самовоспламенению

диерите. Отмечены малая задержка воспламенения,

[8, 150].

отсутствие необходимости в устройстве для предва-

При практическом использовании двухкомпонент-

рительного нагревания катализатора, мягкий режим

ных трастеров одним из ключевых параметров явля-

горения и высокая эффективность разложения перок-

ется время задержки воспламенения (ВЗВ), которое

сида водорода. При испытаниях топлива на основе

зависит от сложного взаимодействия многих хими-

н-декана и пероксида водорода было установлено,

ческих и физических факторов. Наиболее важными

что время задержки воспламенения мало зависит от

являются локальные условия смешения, соотношение

концентрации пероксида водорода, когда она больше

окислителя и горючего, давление распыла и размеры

70%.

инжектора. Процесс задержки воспламенения вклю-

Для исследования характеристик взаимодействия

чает физическую задержку (распыление, смешение,

90%-ного пероксида водорода с керосином в двига-

испарение и диффузию) и химическую задержку (га-

теле с тягой 1200 Н использовали душевой инжектор

зофазные реакции). Значения характерного времени

для подачи пероксида водорода на пакет катализа-

каждого процесса дают общее время задержки вос-

тора. Чтобы повысить эффективность сгорания вы-

пламенения [111]. Физическая задержка существенно

ше 90% был сконструирован осевой инжектор для

зависит от техники инжекции, которая в свою очередь

подачи керосина в продукты разложения пероксида

зависит от конфигурации инжектора и параметров

водорода [100].

инжектирования. Химическая задержка во многом

Гибридные трастеры. Проводится интенсивная

определяется активностью катализатора разложения

разработка гибридных двигателей с тягой от 250

пероксида водорода, температурой продуктов раз-

до 2500 Н на высококонцентрированном пероксиде

ложения пероксида водорода, соотношением горю-

водорода и полиэтилене [128, 137, 138]. В статье

чее/окислитель [111]. Излишне большое ВЗВ может

[138] описываются конструкция и эффективность

привести к накоплению горючего в камере сгорания

гибридного ракетного двигателя с тягой 250 Н, ис-

и затем, после неконтролируемого воспламенения,

пользующего 95%-ный пероксид водорода в качестве

возможному катастрофическому жесткому старту [54]

окислителя и полиэтилен как горючее для улучшения

или даже к разрушению двигателя [151].

таких характеристик, как удельный импульс и эффек-

Установлено, что время задержки воспламене-

тивность горения. Использование 95%-ного перокси-

ния уменьшается с увеличением степени разложения

да водорода с термостойким катализатором вместо

Катализаторы разложения пероксида водорода, используемые в ракетных двигателях (обзор)

475

90%-ного пероксида водорода позволяет повысить

зы и материала и геометрических форм носителя.

удельный импульс и объемный удельный импульс до

Разработанные ранее катализаторы на основе сере-

значений, больших, чем у гибридного ракетного дви-

бряных сеток начинают уступать гранулированным

гателя, использующего в качестве окислителя оксиды

и монолитным катализаторам. Гранулированные

азота. Гибридный двигатель с такой комбинацией

катализаторы с носителем на основе оксидов алю-

окислителя и горючего много легче и меньше по объ-

миния отличаются повышенной термостойкостью,

ему. Проведены огневые испытания двигателя с тягой

что позволяет использовать пероксид водорода кон-

250 Н. Отмечено, что время задержки воспламенения

центрацией 95-98%. Для монолитных катализато-

у такого двигателя минимальное.

ров характерна высокая механическая стойкость,

Для уменьшения задержки воспламенения в ги-

что позволяет использовать их в условиях быстрого

бридном двигателе на основе 85-90%-ного пероксида

попеременного изменения давления и температуры в

водорода и сополимера акрилонитрил-бутадиен-сти-

каталитическом пакете.

рол в дополнение к электроискровому воспламени-

Из многих соединений, способных к каталитиче-

телю был добавлен пакет катализатора разложения

скому разложению пероксида водорода, предпочтение

пероксида водорода. В качестве катализатора исполь-

отдается оксидам марганца, платине и серебру.

зовали серебряные сетки и таблетки MnO₂/γ-Al₂O₃

[152] или таблетки, содержащие перманганат калия,

Конфликт интересов

диоксид марганца и нитрат калия. Таблетки на основе

оксида марганца оказались в этом случае на 20-22%

Авторы заявляют об отсутствии конфликта инте-

эффективнее серебряных сеток.

ресов, требующего раскрытия в данной статье.

Сведения о влиянии на время задержки воспламе-

нения катализаторов разложения пероксида водорода,

Информация об авторах

растворенных или суспендированных в горючих и

Гусейнов Ширин Латифович, д.т.н., заместитель

использующихся в двухкомпонентных и гибридных

генерального директора АО «ГНИИХТЭОС», ORCID:

ракетных двигателях, приведены в обзоре [153].

https://orcid.org/0000-0002-3578-7216

С целью повышения удельного импульса трасте-

Федоров Станислав Георгиевич, к.х.н., консуль-

ров проводятся работы по использованию пока мало

тант АО «ГНИИХТЭОС»,

доступного и дорогостоящего 98%-ного пероксида

ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3689-3520

водорода [131, 154]. Переход от 87.5%-ного перокси-

Косых Виталий Андреевич, к.т.н., с.н.с., АО

да водорода к 98%-ному увеличивает теоретический

«ГНИИХТЭОС»,

удельный импульс гибридных двигателей на 12 с [9].

ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6478-652x

При этом возникает необходимость использовать

Стороженко Павел Аркадьевич, д.х.н., академик

катализаторы на носителях с высокой термостойко-

РАН, генеральный директор АО «ГНИИХТЭОС»,

стью.

ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6143-0723

Заключение

Список литературы

Анализ рассмотренной в обзоре литературы по-

[1] Шамб У., Сеттерфилд Ч., Вентворс Р. Перекись

казывает возросший интерес к разработке так на-

водорода / Пер. с англ. под ред. А. И. Горбанева.

зываемых «зеленых» ракетных топлив на основе

М.: ИЛ, 1958. С. 15-22 [Schumb W., Satterfield Ch.,

высококонцентрированного пероксида водорода и

Wentworth R. Hydrogen peroxide. Reinhold Publishing

Corporation, New York, 1955 ].

соответственно к разработке катализаторов разложе-

[2] Братков А. А., Серегин Е. П., Горенков А. Ф., Чир-

ния пероксида водорода. Стремление разработчиков

ков А. М., Ильинский А. А., Зрелов В. Н. Химмо-

ракетных двигателей использовать пероксид водорода

тология ракетных и реактивных топлив / Под ред.

концентрацией более 92% (желательно 98%) приво-

А. А. Браткова. М.: Химия, 1987. С. 51-57.

дит к повышенным требованиям к катализаторам, в

[3] Ventura M. C., Heister S. D. Hydrogen peroxide as

первую очередь обеспечивающим высокую скорость

an alternate oxidizer for a hybrid rocket booster // J.

реакции каталитического разложения, высокую стой-

Propulsion Power. 1995. V. 11. N 3. P. 562-563. https://

кость к термическому и механическому ударам и

doi.org/10.2514/3.23878

длительное время жизни катализатора.

[4] Andrews D. Advantages of hydrogen peroxide as a

Данные обзора показывают, что эффективность

rocket oxidant // J. British Interplanetary Soc. 1990.

катализатора зависит от комбинации активной фа-

V. 43. N 7. P. 319-328.

476

Гусейнов Ш. Л. и др.

[5] Афанасьев И. Чистая» перекись // Новости космо-

[18]

Palmer M. J. Experimental evaluation of hydrogen

навтики. 2004. № 12 (263). С. 1-10.

peroxide catalysts for monopropellant attitude control

[6] Волков Е. Б. Межконтинентальные баллистиче-

thrusters: D. Ph. University of Southampton, 2014.

ские ракеты СССР (РФ) и США. М.: Изд-во РВСН,

P. 242. https://eprints.soton.ac.uk/id/eprint/385352

1996. С. 47-96.

[19]

Blank R. A., Pourpoint T. L., Meyer S. E., Heister S. D.,

[7] Рахманин В. Ф. Работы В. П. Глушко по выбору ра-

Anderson W. E. Experimental and theoretical

кетного топлива // Двигатель. 2008. № 4. С. 38-43.

performance of high-pressure hydrogen peroxide

[8] Sisco J. C., Austin B. L., Mok J. S., Anderson W. E.

catalyst beds // J. Propulsion Power. 2012. V. 28. N 5.

Autoignition of kerosene by decomposition hydrogen

P. 912-917. https://doi.org/10.514/1.B34432

peroxide in a dump-combuster configuration // J.

[20]

Pasini A., Torre L., Romeo L., Cervone A.,

Propulsion Power. 2005. V. 21. N 3. P. 450-459.

D′Agostino L. Performance characterization of pellet

https://doi.org/10.2514/1.5287

catalyst beds for hydrogen peroxide monopropellant

[9] Lestrade J.-Y., Prevot P., Messineo J., Anthoine J.,

rocket // J. Propulsion Power. 2011. V. 27. N 2. P. 428-

Casu S., Geiger B. Development of a catalyst for

436. https://doi.org/10.2514/1.B34000

highly concentrated hydrogen peroxide. https://

[21]

Lee S. L., Lee C. W. Performance characteristics of

hal.archives-ouvertes.fr/hal-01353568

silver catalyst bed for hydrogen peroxide // Aerosp.

[10] Bonifacio S., Sorge A. R., Krejci D., Woschnak A.,

Sci. Technol. 2009. V. 13. N 1. P. 12-17. https://

Scharlemann C. Novel manufacturing method

doi.org/10.1016/j.ast.2008.02.007

for hydrogen peroxide catalysts: a performance

[22]

Turco M., Bagnasco G., Russo Sorge A. Manganese

verification // J. Propulsion Power. 2014. V. 30. N 2.

oxide on pure and stabilized zirconia catalysts for

P. 299-308. https//doi.org/10.2514/1.B34959

decomposition of hydrogen peroxide for propulsive

[11] Jung W., Baek S., Kwon T., Park J., Kwon S.

application // Chem. Eng. Transactions. 2005. V. 6.

Demonstration of ethanol-blended hydrogen peroxide

P. 39-44.

gas generator for ramjet combustor flow simulation //

[23]

Bramanti C., Cervone A., Romeo L., Torre L.,

J. Propulsion Power. 2018. V 34. N 3. P. 591-599.

d′Agostino L., Musker A. J., Saccoccia, G. Experi-

https://doi.org/10.2514/1.B36633

mental characterization of advanced materials for

[12] An S., Jungkun J., Lee J., Jo S., Pack D., Kwon S.

the catalytic decomposition of hydrogen peroxide //

Chugging instability of H₂O₂ monopropellant thruster

42nd AIAA Joint Propulsion Conf. and Exibit. 2006,

with reactor aspect ratio and pressures // J. Propulsion

Sacramento, CA, USA. AIAA Paper 2006-5238.

Power.

2011. V. 27. N 2. P. 422-427. https://

https://doi.org/10.2514/6.2006-5238.

doi.org/10.2514/1.48939

]24]

Hasan M. A., Zaki M. I., Pasupulety L. Kumari K.

[13] Kang H., Baek S., Ahn B., Yun Y., Kwon S. Conceptual

Promotion of the hydrogen peroxide decomposition

design of high-speed underwater jet engine using high

activity of manganese oxide catalysts // Appl. Catal.

concentration of hydrogen peroxide // Ocean Eng.

A. 1999. V. 181. N 1. P. 171-179.

2018. V. 1. P. 193-200.

https://doi.org/10.1016/S0926-860X(98)00430-X

https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2018.01.098

[25]

Bonifacio S., Festa G., Russo Sorge A. Experimental

[14] Pirault-Roy L., Kappenstein C., Guérin M., Eloirdi R.,

assessment of hydrogen peroxide decomposition in

Pillet N. Hydrogen peroxide decomposition on various

a monopropellant thruster // Int. J. Energetic Mater.

supported catalysts effect of stabilizers // J. Propulsion

Chem. Propulsion. 2011. V. 10. N 6. P. 497-522.

Power. 2002. V. 18. N 6. P. 1235-1241. https://

https://doi. org/10.1615/IntJEnergeticMaterialsChem

doi. org/10.2514/2.6058

Prop.2012005288

[15] Kang H., Lee D., Kang S., Kwon S. Effect of H₂O₂

[26]

Scharlemann C., Schiebl M., Marhold K., Tajmar M.,

injection patterns on catalyst bed characteristics // Acta

Miotti P., Kappenstein C., BatonneauY., Brahmi R.,

Astronautica. 2017. V. 130. P. 75-83.

Hunter C. Development and test of a miniature

https://doi.org/10.1016/j.actoastro.2016.10.023

hydrogen peroxide monopropellant thruste // 42nd

[16] Whitmore S. A., Martinez C. J., Merkley D. P.

AIAA Joint Propulsion Conf. and Exibit. 2006,

Catalyst development for an arc-ignited hydrogen

Sacramento, CA, USA. AIAA Paper 2006-4550.

peroxide/ABS hybrid rocket system // Aeronautics and

https://doi.org/10.2514/6.2006-4550

Aerospace Open Access J. 2018. V. 2. N 6. P. 356-388.

[27]

Bonifacio S., Festa G., Russo Sorge A. Novel structured

https://doi.org/10.15406/aaoaj.2018.02.00069

catalysts for hydrogen peroxide decomposition in

[17] Jildeh Z. B., Oberländer J., Kirchner P., Wagner P. H.,

monopropellant and hybrid rockets // J. Propulsion

Schöning M. J. Thermocatalytic behavior of

Power. 2013. V. 29. N 5. P. 1130-1137. https://

manganese(IV) oxide as nanoporous material on the

doi.org/10.2514/1.B34864

dissociation of a gas mixture containing hydrogen

[28]

Musker A. J. Development of a

200 newton

peroxide // Nanomaterials. 2018. V. 8. N 4. P. 262-

bipropellant thruster using heterogeneous catalytic

269. https://doi.org/10.3390/nano8040262

reduction of hydrogen peroxide // 4th Eur. Conf. for

Катализаторы разложения пероксида водорода, используемые в ракетных двигателях (обзор)

477

Aerospace Sciences (EUCASS) 2011, 4-8 July, Saint

J. Inorg. Mater. 2001. V. 3. N 1. P. 51-58. https://

Petersburg, Russia. Paper 327.

doi.org/10.1016/S1466-6049(00)00088-X

[29]

Micoli L., Turco M. Decomposition of H₂O₂ on

[41] Kang S., Lee D., Kwon S. Lanthanum doping

monolithic MnO_x/ZrO₂ catalysts for aerospace

for longevity of alumina catalyst bed in hydrogen

application // Chem. Eng. Transactions. 2015. V. 43.

peroxide thruster // Aerosp. Sci. Technol. 2015. V. 46.

P. 1819-1824. https://doi.org/10.3303/CET1543304

P. 197-203. https://doi.org/10.1016/j.ast.2015.07.003

]30]

Surmacz P., Rarata G. Developing and testing new

[42] Lee J., Kwon S. Evaluation of ethanol-blended

composite catalytic bed for decomposition of 98%

hydrogen peroxide monopropellant on a 10 N class

HTP // Conf.: 65th Int. Astronautical Congress,

thruster // J. Propulsion Power. 2013. V. 29. N 5.

2014, Toronto, Canada. Paper IAC-14-C4.38 //

P. 1164-1170. https://doi.org/ 10.2514/1.B34790

www.researchgate.net. Developing and testing new

[43] Lee S., Kang S., Kwon S., Park G. Lanthanum

composite catalytic bed for decomposition of 98%.

hexaaluminate catalyst support in a hydrogen peroxide

[31]

An S., Kwon S. Scaling and evaluation of Pt⁄Al₂O₃

thruster // J. Propulsion Power. 2016. V. 32. N 5.

catalytic rector for hydrogen peroxide monopropellant

P. 1302-1304. https://doi.org/10.2514/1.B35998

thruster // J. Propulsion Power. 2009. V. 25. N 5.

[44] Baek S., Monette M., Kwon S. Performance evaluation

P. 1041-1045. https://doi.org/10.2514/1.40822

of SiO₂-Al₂O₃ catalyst support for high performance

[32]

Torre L., Romeo L., Pasini A., Cervone A.,

green monopropellant thruster // 54th AIAA/

D′Agostino L. Propulsive performance of a 100 μm

ASME/ASEE Joint Propulsion Conf. Cincinnati,

Pt/Ce_xZr1-x/Al₂O₃ catalytic bed // 47th AIAA/ASME/

Ohio, USA. AIAA Paper 2018-4853. https://

ASEE Joint Propulsion Conf. and Exibit. 2011,

doi.org/10.2514/6.2018-4853

31 July-03 August, San Diego, California, USA. AIAA

[45] Rarata G., Rokicka K. The manganese oxides

Paper 2011-5617. https://doi.org/10.2514/6.2011-5617

decomposition catalysts for highly concentrated

[33]

Pasini A., Torre L., Romeo L., Cervone A.,

hydrogen peroxide // Transactions of the Institute

d′Agostino L. Thermal stress analysis of ceramic

of Aviation. 2015. N 3 (240). P. 49-57. https://

pellets for catalysis // 46th AIAA/ASME/ASEE

doi.org/10.5604/05096669.1194985

Joint Propulsion Conf. and Exibit. 2010, 25-28 July,

[46] Farhat K., Batonneau Y., Kappenstein Ch., Théron M.

Nashville, TN, USA. AIAA Paper 2010-6855. https://

Decomposition of hydrogen peroxide: influence of the

doi.org/10.2514/6.2010-6855

shape of catalyst support // 46th AIAA/ASME/ASEE

[34]

Rusek J. J. New decomposition catalysts and

Joint Propulsion Conf. and Exibit. 2010, 25-28 July,

characterization techniques for rocket-grade hydrogen

Nashville, TN, USA. AIAA Paper 2010-6985. https://

peroxide // J. Propulsion Power. 1996. V. 12. N 3.

doi.org/10.2514/6.2010-6985

P. 574-579. https://doi.org/10.2514/3.24071

[47] An S., Brahmi R., Kappenstein C., Kwon S. Transient

[35]

Vaccari A. Preparation and catalytic properties of

behavior of H₂O₂ thruster: Effect of injector type and

cationic and anionic clays // Catal. Today. 1998. V. 41.

ullage volume // J. Propulsion Power. 2009. V. 25. N 6.

N 1-3. P. 53-71.

P. 1357-1360. https://doi.org/10.2514/1.46731

https://doi.org/10.1016/S0920-5861(98)00038-8

[48] Kappenstein C., Pirault-Roy L., Guérin M., WahdanT.,

[36]

Maia F. F., Gouvea L. H., Pereira L. G., Vieira R. V.,

Ali A. A., Al-Sagheer F. A., Zaki M. I. Monopropellant

de Souza Costa F. Development and optimization of a

decomposition catalysts—v. thermal decomposition

catalytic thruster for hydrogen peroxide decomposition

and reduction of permanganates as models for the

// J. Aerosp. Technol. Manag., São José dos Campos.

preparation of supported MnО_х catalyst // Appl. Catal.

2014. V. 6. N 1. P. 61-67.

A: General. 2002. V. 234. N 1. P. 145-153. https://

https://doi.org/10.5028/jatm.vGi1.286

doi. org/10.1016/S0926-860X(02)00220-X

[37]

Jo S., Jang D., An S., Kwon S. Chugging instability of

[49] Surmacz P. Influence of various types of Al₂O₃/

H₂O₂ monopropellant thruster with catalyst reactivity

Mn_xO_y catalysts on performance of a 100 mm chamber

and support sizes // J. Propulsion Power. 2011. V. 27.

for decomposition of 98% hydrogen peroxide //

N 4. P. 920-924. https://doi.org/10.2514/1.B34222

Transactions of the institute of aviation. 2015. N 3

[38]

Jo S. Response characteristics of H₂O₂ monopropellant

(240). P. 58-68.

thrusters with MnO₂ — mixed PbO catalyst //

https://doi. org/10.5604/05096669.1194986

Aerosp. Sci. Technol. 2017. V. 60. P. 1-8. https://

[50] Batonneau Y., Brahmi R., Cartoixa B., Farhat K.,

doi.org/10.1016/j.ast.2016.10.022

Kappenstein C., Keav S., Kharchafi-Farhat G.,

[39]

Surmacz P. Green rocket propulsion research and

Pirault-Roy L., Saouabé M., Scharlemann C. Green

development at the Institute of Aviation: Problems and

propulsion: Catalysts for the european FP7 project

perspectives // J. KONES. 2016. V. 23. N 1. P. 337-

GRASP // Topics in Catal. 2014. V. 57. N 6-9. P. 656-

344. https://doi.org/ 10.5604/12314005.1213534

667. https://doi.org/10.1007/s11244-013-0223-y

[40]

Rossignol S., Kappenstein C. Effect of doping elements

[51] Woschnak A., Krejci D., Schiebl M., Scharlemann C.

on the thermal stability of transition alumina // Int.

Development of a green bipropellant hydrogen

478

Гусейнов Ш. Л. и др.

peroxide thruster for attitude control on satellites //

European Space Agency — publications — ESA SP.

Progress in Propulsion Phys. 2013. V. 4. P. 689-706.

2006. N 635. P. 37-40.

https://doi.org/10.1051/eucass/201304689

[62]

Koopmans R.-J. Modelling of multiphase multi-

[52] Brahmi R., Fahrat K., Amrousse R., Batonneau Y.,

component chemically reacting flows through packed

Kappenstein C., Cartoixa B. Role of support

beds // Ph. D. thesis, University of Southampton, May

shape on the catalytic decomposition of different

2013. https://eprints.soton.ac.uk/id/eprint/355889

monopropellants for green propulsion

// Space

[63]

Romeo L., Torre L., Pasini A., Cervone A.,

Propulsion 2010, session 3, San Sebastian, Spain,

d′Agostino L., Calderazzo F. Performance of different

3-5 May. https://www.researchgate.net. Role of

catalysts supported on alumina spheres for hydrogen

support shape on the catalytic decomposition of

peroxide decomposition // 43rd AIAA/ASME/ASEE

different monopropellants for green propulsion.

Joint Propulsion Conf. and Exibit. 2007, 8-11 July,

[53] Aronne A., Turco M., Russo Sorge A., Bagnasco G.,

Cincinnati, OH, USA. AIAA Paper 2007-5466.

Marchese S., Fanelli E., Pernice P. Sol-gel synthesis

https://doi.org/10.2514/6.2007-5466

of manganese-yttrium-zirconium mixed oxides

[64]

Morlan P., Wu P.-K., Ruttle D., Fuller R., Nejad A.,

nanocomposites as catalysts for decomposition

Anderson W. Catalyst development for hydrogen

of hydrogen peroxide // Proceedings of the Space

peroxide rocket engines // 35th AIAA/ASME/ASEE

Propulsion. 2010. Conf. Paper N SP2010_1841778.

Joint Propulsion Conf. and Exibit. 1999, 20-24 June,

[54] Rarata G., Rokicka K., Surmacz P. Hydrogen peroxide

Los Angeles, CA, USA. AIAA Paper 99-2740.

as a high energy compound optimal for propulsive

https://doi.org/10.2514/6.1999-2740

applications // Cent. Eur. J. Energ. Mater. 2016. V. 13.

[65]

Ventura M., Wernimont E. Advancements in high

N 3. P. 778-790. https://doi.org/10.22211/cejem/65005

concentration hydrogen peroxide catalyst beds //

[55] Govender S., Fridrich H. B. Monoliths: A Review of

39th AIAA/ASME/ASEE Joint Propulsion Conf. and

the basics, preparation methods and their relevance

Exibit. 2001, 8-11 January, Reno, NV, USA. AIAA

to oxidation // Catalysts. 2017. V. 7. N 2. P. 62-91.

Paper 2001-3250. https://doi.org/10.2514/6.2001-3250

https://doi.org/10.3390/catal7020062

[66]

Cervone A., Torre L., d′Agostino L., Musker A.,

[56] Jo S., Jang D., Kim J., Yoon H. Chugging instability of

Roberts G., Bramanti C., Saccoccia G. Development

H₂O₂ monopropellant thruster with catalyst reactivity

of hydrogen peroxide monopropellant rockets //

and support sizes /// 47th AIAA/ASME/ASEE Joint

42nd AIAA Joint propulsion Conf. and Exibit. 2006,

Propulsion Conf. and Exibit. 2011, 31 July-03 August,

Sacramento, CA, USA. AIAA Paper 2006-5239.

San Diego, California, USA. AIAA Paper 2011-5694.

https://doi. org/10.2514/6.2006-5239

[57] Amarei D., Amrousse R., Battonneu Y., Brahmi R.

[67]

An S., Kwon S. Catalyst bed sizing of 50 newton

Monolithic catalysts for the decomposition of

hydrogen peroxide monopropellant thruster // 44th

energetic compounds // Studies Surface Sci. Catal.

AIAA Joint propulsion Conf. and Exibit. 2008, 21-

2010. V. 175. P. 35-42.

23 July, Hartford, CT, USA. AIAA Paper 2008-5109.

https://doi.org/10.1016/S0167-2991(10)75005-9

https://doi.org/10.2514/6.2008-5109

[58] Scharlemann C., Schiebl M., Amsüss R., Tajmar M.

[68]

Othman N., Krishnan S., Wan Khairuddin bin Wan Ali,

Monopropellant thruster development: investigation of

Mohammad Nazri Mohd Jaafar. Design and testing

decomposition efficiencies // 3rd Int. Conf. on Green

of a 50 N hydrogen peroxide monopropellant rocket

Propellants for Space Propulsion. 2006, September,

thruster // J. Mekanikal. 2011. N 33. P. 70-81.

Poitiers, Volume: hal-00294815.

[69]

Pat. US 6887821 (publ. 2005) High-temperature

https://www.researchgate.net/publication/281883410

catalyst for catalytic combustion and decomposition.

[59] Wernimont E. J., Durant D. State of the art high

[70]

Pat. US 7510995 (publ. 2009) Application of a mixed

performance hydrogen peroxide catalyst beds //

metal oxide catalyst to a metallic substrate.

40th AIAA/ASME/ASEE Joint Propulsion Conf.

[71]

Ventura M., Garboden G. Brief history of concentrated

and Exibit. 2004, 11-14 July, Fort Lauderdale,

hydrogen peroxide uses // 35th AIAA/ASME/ASEE

Florida, USA. AIAA Paper 2004-4147. https://

Joint Propulsion Conf. and Exibit. 1999, 20-24 June,

doi.org/10.2514/6.2004-4147

Los Angeles, CA, USA. AIAA Paper 1999-2739.

[60] Pearson N., Pourpoint T., Anderson W. E. Vaporization

https://doi.org/10.2514/6.1999-2739

and decomposition of hydrogren peroxide drops //

[72]

Su-Lim L., Choong-Won L. Performance characteristics

39th AIAA/ASME/ASEE Joint Propulsion Conf.

of silver catalyst bed for hydrogen peroxide //

and Exibit. 2003, 20-23 July, Huntersville,

Aerospace Sci. Technol. 2009. V. 13. N 1. P. 12-17.

Alabama, USA. AIAA Paper 2003-4642. https://

https://doi.org/10.1016/j.ast.2008.02.007

doi.org/10.2514/6.2003-4642

[73]

Pędziwiatr P. , Mikołajczyk F., Zawadzki D.,

[61] Bonifacio S., Russo Sorge A. Modeling hydrogen

Mikołajczyk K., Bedka A. Decomposition of hydrogen

peroxide decomposition in monolithic beds // J.

perodixe — kinetics and review of chosen catalysts //

Катализаторы разложения пероксида водорода, используемые в ракетных двигателях (обзор)

479

Acta Innovation. 2018. N 26. P. 45-52. https://

Transportation. 2008, May, Heraklion, Crete, Greece.

doi.org/10.32933/ActaInnovations.26.5

https://www.academia.edu/35469215 Development

[74]

Mok J. S., Welms W. J., Sisco J. C., Anderson W. E.

and testing of Pt Al₂O₃ catalyst for hydrogen peroxide

Thermal decomposition of hydrogen peroxide, part 1:

decomposition.

experimental results // J. Propulsion Power. 2005.

[85] Torre L., Pasini A., Romeo L., Cervone A.,

V. 21. N 5. P. 942-953.

D′Agostino L. Performance of a monopropellant

https://doi.org /10.2514/1.13284

thruster prototype using advanced hydrogen peroxide

[75]

Krishnan S., Ahn Sang-Hee, Lee Choong-Won. Design

catalytic beds // J. Propulsion Power. 2009. V. 25. N 6.

and development of a hydrogen-peroxide rocket-

P. 1291-1299. https://doi.org/10.2514/1.44354

engine facility // J. Mekanikal. 2010. N 30. P. 24-36.

[86] Scharlemann C. Development of miniaturized green

[76]

Ventura M., Mullens P. The Use of hydrogen peroxide

propellant based mono- and bipropellant thrusters //

for propulsion and power // 35th AIAA/ASME/ASEE

43rd AIAA/ASME/ASEE Joint Propulsion Conf. and

Joint Propulsion Conf. and Exibit. 1999, 20-24 June,

Exibit. 2007, 8-11 July, Cincinnati, OH, USA. AIAA

Los Angeles, CA, USA. AIAA Paper 99-2880.

Paper 2007-5580.

[77]

Chan Yung-An, Hsu Hung-Wey, Chen Gung-Bang,

https://doi.org/10.2514/6.2007-5580

Cheo Yei-Chin. Study of silver catalyst packing for a

[87] Pat. US 2016229694 (publ. 2016) Hydrogen peroxide

low-thrust hydrogen peroxide monopropellant thruster

catalyst.

// 8th Asia Pacific Conf. on Combustion. Hyderrabad,

[88] Krejci D., Schuh S., Koopmans R., Scharlemann C.

India, 2010. https://www.researchgate.net/280013169

Impact of catalyst length and preheating on transient

[78]

Chan Y. A., Liu H. J., Tseng K. C., Kuo N. C.

catalytic H₂O₂ decomposition performance // J.

Preliminary development of a hydrogen peroxide

Propulsion Power. 2015. V. 31. N 3. P. 985-989.

thruster // Int. J. Mechanical, Aerospace, Industrial,

https://doi.org/10.2514/1.B35489

Mechatronic and Manufacturing Eng. 2013. V. 7. N 7.

[89] Pasini A., Torre L., Romeo L., Cervone A.,

P. 1226-1233.

d′Agostino L., Musker A. J., Saccoccia G. Experimental

[79]

Chan Y., Hsu H., Chao Y. Development of a HTP

characterization of a 5 N hydrogen peroxide

mono-propellant thruster by using composite silver

monopropellant thruster prototype // 43rd AIAA/

catalyst // 47th AIAA/ASME/ASEE Joint Propulsion

ASME/ASEE Joint Propulsion Conf. and Exibit.

Conf. and Exibit. 2011, 31 July-03 August, San Diego,

2007, 8-11 July, Cincinnati, OH, USA. AIAA Paper

California, USA. AIAA Paper 2011-5693. https://

2007-5465. https://doi.org/10.2514/6.2007-5465

doi.org/10.2514/6.2011-5693

[90] Sahara H., Nakasuka S., Sugawara J., Koboyashi C.

[80]

Božić O., Porrmann D., Lancelle D., May S.

Demonstration of propulsion system for microsatellite

Enhanced development of a catalyst chamber for the

based on hydrogen peroxide in SOHLA-2 project //

decomposition of up to 1.0 kg/s hydrogen peroxide //

43rd AIAA/ASME/ASEE Joint Propulsion Conf. and

CEAS Space J. 2016. V. 8. N 2. P. 77-88. https://

Exibit. 2007, 8-11 July, Cincinnati, OH, USA. AIAA

doi.org/10.1007/s12567-015-0109-x

Paper 2007-5575.

[81]

Palmer M. J., Musker A. J., Roberts G. T.

https://doi.org/10.2514/6.2007-5575

Experimental assessment of heterogeneous catalysts

[91] Romeo L., Pasini A., Torre L., d′Agostino L.,

for the decomposition of hydrogen peroxide

Calderazzo F. Comparative characterization of

47th AIAA/ASME/ASEE Joint Propulsion Conf.

advanced catalytic bed for hydrogen peroxide

and Exibit. 2011, 31 July-03 August, San Diego,

thruster // 44th AIAA Joint propulsion Conf. and

California, USA. AIAA Paper 2011-5695. https://

Exibit. 2008, 21-23 July, Hartford, CT, USA. AIAA

doi.org/10.2514/6.2011-5695

Paper 2008-5027. https://doi.org/10.2514/6.2008-5027

[82]

Tian H., Zhang T., Sun X., Liang D., Lin L.

[92] Bonifacio S., Festa G., Russo Sorge A. Catalytic

Performance and deactivation of Ir/γ-Al₂O₃ catalyst

ignition in hydrogen peroxide-based space propulsion

in the hydrogen peroxide monopropellant thruster

systems // 48th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint

// Appl. Catal. A: General. 2001. V. 210. P. 55-62.

Propulsion Conf. and Exhibit. 2012, 29 July-1 August,

https://doi.org/10.1016/S0926-860X(00)00829-2

Atlanta, GA, USA. AIAA Paper 2012-3966. https://

[83]

Wernimont E. J. Hydrogen peroxide catalyst beds:

doi.org/10.2514/6.2012-3966

Lighter and better than liquid injectors // 41st AIAA/

[93] Dolci S., Belli Dell′Amico D., Pasini A., Torre L.,

ASME/ASEE Joint Propulsion Conference and Exibit.

Pace G., Valentini D. Platinum catalysts development

2005, 10-13 July, Tucson, Arizone, USA. AIAA Paper

for 98% hydrogen peroxide decomposition in pulsed

2005-4455. https://doi.org/10.2514/6.2005-4455

monopropellant thrusters // J. Propulsion Power. 2015.

[84]

Romeo L., Torre l., Pasim A., d′Agustino L.,

V. 31. N 4. P. 1204-1216.

Calderazzo F. Development and testing of Pt/Al₂O₃

https://doi.org/10.2514/1.B35590

catalyst for hydrogen peroxide decomposition // 5th

[94] Romeo L., Genovese C., Torre L., Pasini A. Cervone A.,

Int. Space Propulsion Conf., 2nd Int. Symp. on Space

d′Agostino L., Centi G., Perathoner S. Use of

480

Гусейнов Ш. Л. и др.

Pt/Ce_xZr1-x Al₂O₃ as advanced catalyst for hydrogen

[106] Пат. РФ

2600331 (опубл.

2016). Твердый

peroxide thrusters // 45th AIAA Joint Propulsion

катализатор разложения высококонцентриро-

Conf. and Exibit. 2009, 2-5 August, Denver,

ванного пероксида водорода и способ его полу-

Colorado, USA. AIAA Paper 2009-5231.

чения.

https://doi.org/10.2514/6.2009-5231

[107] Sharifi S. L., Hosseini M. H., Mirzaei A., Salmani

[95] Fanelli E., Turco M., Russo A., Bagnasco G.,

Oskuloo A. Catalytic decomposition of hydrogen

Marchese S., Pernice P., Aronne A. MnO_x/ZrO₂

peroxide in the presence of synthesized iron-

gel-derived materials for hydrogen peroxide

manganese oxide nanocomposites via different

decomposition // J. Sol-Gel Sci. Technol. 2011. V. 60.

methods // Int. J. Nanosci. Nanotechnol. 2015. V. 11.

N 3. P. 426-436.

N 4. P. 233-240.

https://doi.org/10.1007/s10971-011-2558-9

[108] Sorge A. R.., Pilone G., Bagnasso G., Turco M.

[96] Turco M., Bagnasco G., Russo Sorge A. Manganese

Decomposition of hydrogen peroxide on MnO₂/

oxide on pure and stabilized zirconia catalysts for

TiO₂ catalyst // J. Propulsion Power. 2004. V.20.

decomposition of hydrogen peroxide for propulsive

N 6. P. 1069-1075. https://doi.org/10.2514/1.2490

application // Chem. Eng. Transactions. 2005. V. 6.

[109] Pasini A., Torre L., Romeo L., Cervone A.

P. 39-44.

Endurance tests on different catalytic beds for

[97] Huh J., Jyoti B. V., Yun Y., Shoaib M. N., Kwon S.

H₂O₂ monopropellant thrusters // 45th AIAA Joint

Preliminary assessment of hydrogen peroxide gel as

Propulsion Conf. and Exibit. 2009, 2-5 August,

an oxidizer in a catalyst ignited hybrid thruster // Int.

Denver, Colorado, USA. AIAA Paper 2009-5472.

J. Aerospace Eng. 2018. Article ID 5630587. https://

https://doi.org/10.2514/6.2009-5472

doi.org/10.1155/2018/5630587

[110]

Huh J., Ahn B., Kim Y., Song H., Yoon H,, Kwon S.

[98] Пат. US 20190009253 (publ. 2019). Solid-phase

Development of a university-based simplified

catalyst for decomposition hydrogen peroxide and

H₂O₂/PE hybrid sounding rocket at KAIST // Int.

method for producing same.

J. Aeronautical Space Sci. 2017. V. 18. N 3. P. 512-

[99] Micoli L., Bagnasco G., Turco M., Trifuoggi M.,

521. https://doi.org/10.5139/IJASS.2017.18.3.512

Russo Sorge A., Fanelli E., Pernice P., Aronne A.

[111]

Li Sen, Wei X. Ignition delay characteristics of

Vapour phase H₂O₂ decomposition on Mn based

kerosene with decomposed hydrogen peroxide //

monolithic catalysts synthesized by innovative

J. Propulsion Power. 2016. V. 32. N 2. P. 431-438.

procedures // Appl. Catal. B: Environmental. 2013.

https://doi.org/10.2514/1.B35723

V. 140-141. P. 516-522.

[112]

Li H., Ye L., Wei X., Li T., Li S. The design and

https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2013.04.072

main performance of a hydrogen peroxide/kerosene

[100] Jo S., An S., Kim J. Yoon H., Kwon S. Performance

coaxial-swirl injector in lab-scale rocket engine //

characteristics of hydrogen peroxide/kerosene

Aerospace Sci. Technol. 2017. V. 70. P. 636-643.

staged-bipropellant engine with axial fuel injector //

https://doi.org/10.1016/j.ast.2017.09.003

J. Propulsion Power. 2011. V. 27. N 3. P. 684-691.

[113]

Amrousse R., Augustin C., Farhat K., Batonneau Y.

https://doi.org/10.2514/1.B34083

Catalytic decomposition of H₂O₂ using FeCrAl

[101] Surmacz P., Rarata G. Investigation of the catalytic

metallic-foam based catalysts // Int. J. Energetic

decomposition of 98% hydrogen peroxide with the

Mater. Chem. Propulsion. 2011. V. 10. N 4. P. 337-

use of Al₂O₃/Mn-O catalysts promoted by transition

349. https://doi.org 10.1615/IntJEnergeticMaterials

metal oxides // Transactions of the Institute of

ChemProp.2012005202

Aviation. 2014. N 1 (234). P. 34-40.

[114]

Beutien T. R., Heister S. D., Rusek J. J., Meyer S.

[102] Kappenstein C., Zaki M. I. X-ray photoelectron

Cordierite-based catalytic beds for 98% hydrogen

spectroscopy and diffractometry of MnO_x catalysts:

peroxide //45th AIAA Joint Propulsion Conf. and

Surface to bulk composition relationships // Zeitschrift

Exibit. 2002, 7-10 July, Indianopolis, Indiana, USA.

für Physikalische Chemie. 1992. V. 176. P. 97-116.

AIAA Paper 2002-3853.

[103] Krejci D., Woschnak A., Scharlemann C.,

https://doi.org/10.2514/6.2002-3853

Ponweiser K. Hydrogen peroxide decomposition

[115]

Jung W., Baek S., Kwon T., Park J., Kwon S.

for micro propulsion: Simulation and experimental

Demonstration of ethanol-blended hydrogen peroxide

verification // 47th AIAA/ASME/ASEE Joint

gas generator for ramjet combustor flow simulation

Propulsion Conf. and Exibit. 2011, 31 July-03

// J. Propulsion Power. 2018. V. 34. N 3. P. 591-599.

August, San Diego, California, USA. AIAA Paper

https://doi.org/10.2514/1.B36633

2011-5855. https://doi.org/10.2514/6.2011-5855

[116]

Pasini A., Torre L., Romeo L., Cervone A.,

[104] Pat.US 6991772 (publ. 2006). H₂O₂ decomposition

d′Agostino L. Testing and characterization of a

catalyst.

hydrogen peroxide monopropellant thruster // J.

[105] Pat. US Y1948H1 (publ. 2001) High-activity catalyst

Propulsion Power. 2008. V. 24. N 3. P. 507-515.

for hydrogen peroxide decomposition.

https://doi.org/10.2514/1.33121

Катализаторы разложения пероксида водорода, используемые в ракетных двигателях (обзор)

481

[117] Wernimont E. J. Hydrogen peroxide catalyst beds:

[128]

Huh J., Seo D., Kwon S. Fabrication of a liquid

lighter and better than liquid injectors // 41st AIAA/

monopropellant microthruster with built-in

ASME/ASEE Joint Propulsion Conf. and Exibit.

regenerative micro-cooling channels // Sensors and

2005, 10-13 July, Tucson, Arizone, USA. AIAA

Actuators A: Physical. 2017. V. 263. N 15. P. 332-

Paper 2005-4455.

340. https://doi.org/10.1016/j.sna.2017.06.028

https://doi.org/10.2514/6.2005-4455

[129]

An S., Lim H., Kwon S. Hydrogen peroxide thruster

[118] Richardson J. T., Remue D., Hung J. K. Properties

module for microsatellites with platinum supported

of ceramic foam catalyst supports: mass and heat

by alumina as catalyst // 43rd AIAA/ASME/ASEE

transfer // Appl. Catal. A: General. 2003. V. 250. N 2.

Joint Propulsion Conf. and Exibit. 2007, 8-11 July,

P. 319-329.

Cincinnati, OH, USA. AIAA Paper 2007-5467.

https://doi.org/10.1016/S0926-860X(03)00287-4

https://doi.org/10.2514/6.2007-5467

[119] Kappenstein C., Joulin J.-P., Amarei D., Brahmi R.

[130]

Palmer M., Roberts G., Musker A. Design, build and

Catalytic decomposition of energetic compounds —

test of a 20 N hydrogen peroxide monopropellant

influence of catalyst shape and ceramic substrate //

thruster // 47th AIAA/ASME/ASEE Joint Propulsion

42nd AIAA Joint Propulsion Conf. and Exibit. 2006,

Conf. and Exibit. 2011, 31 July-03 August, San

Sacramento, CA, USA. AIAA Paper 2006-4546.

Diego, California, USA. AIAA Paper 2011-5697.

https://doi.org/10.2514/6.2006-4546

https://doi.org/10.2514/6.2011-5697

[120] Krejci D., Woschnak A., Scharlemann C.,

[131]

Pasini A., Pace G., Torre L. Pulse mode operation

Ponweiser K. Performance assessment of 1 N

of a 1 N 98% hydrogen peroxide thruster // 51st

bipropellant thruster using green propellants H₂O₂/

AIAA/ASME/ASEE Joint Propulsion Conf. and

kerosene // J. Propulsion Power. 2013. V. 29. P. 285-

Exibit. 2015, 27-29 July, Orlando, FL, USA. AIAA

289. https://doi.org/10.2514/1.B34633

Paper 2015-4057.

[121] Pędziwiatr P., Mikołajczyk F., Zawadzki D.,

https://doi.org/10.2514/6.2015-4057

Mikołajczyk K., Bedka A. Decomposition of

[132]

Jung S., Choi S. Design optimization of green

hydrogen perodixe — kinetics and review of chosen

monopropellant thruster catalyst beds using catalytic

catalysts // Acta Innovation. 2018. N 26. P. 45-52.

decomposition modeling // 53rd AIAA/ASME/

https://doi.org/10.32933/ActaInnovations.26.5

ASEE Joint Propulsion Conf. 2017, 10-12 July,

[122] Woschnak A., Krejci D., Schiebl M., Scharlemann C.

Atlanta, GA, USA. AIAA Paper 2017-4924. https://

Development of a green bi-propellant hydrogen

doi.org/10.2514/6.2017-4924

peroxide thruster for attitude control on satellites //

[133]

Moon Y., Park C., Job S., Kwon S. Design

Progress in Propulsion Physics, 2013. N 4. P. 689-

specifications of H₂O₂/kerosene bipropellant rocket

706. https://doi.org/10.1051/eucass/201304689

system for space missions // Aerospace Sci. Technol.

[123] An S., Kwon S. Comparison of catalyst support

2014. V. 33. P. 118-121.

between monolith and pellet in hydrogen peroxide

https://doi.org/10.1016/j.ast.2014.01.006

thrusters. // J. Propulsion Power. 2010. V. 26. N 3.

[134]

Wernimont E. J., Dick D. Development of a 250 lbfv

P. 439-445. https://doi.org/10.2514/1.46075

kerosene-90% hydrogen peroxide thruster //

[124] Koopmans R.-J., Shrimpton J. S., Roberts G. T.,

40th AIAA/ASME/ASEE Joint Propulsion Conf.

Musker A. J. Dependence of pellet shape and size

and Exibit. 2004, 11-14 July, Fort Lauderdale,

on pressure drop in H₂O₂ thrusters // J. Propulsion

Florida, USA. AIAA Paper 2004-4148. https://

Power. 2014. V. 30. N 3. P. 775-789. https://

doi.org/10.2514/6.2004-4148

doi.org/10.2514/1.B35072

[135]

Okninski A., Bartkowiak B., Sobczak K., Kublik D.,

[125] Heo S., Jo S., Yun Y., Kwon S. Effect of dual-catalytic

Surmacz P., Rarata G., Marciniak D. Development

bed using two different catalyst sizes for hydrogen

of a small green bipropellant rocket engine using

peroxide thruster // Aerospace Sci. Technol. 2018.

hydrogen peroxide as oxidizer // 50th AIAA/ASME/

V. 78. P. 26-32.

ASEE Joint Propulsion Conf. and Exibit. 2014,

https://doi.org/10.1016/j.ast.2018.03.032

July, Cleveland, OH, USA. AIAA Paper 2014-3592.

[126] Jang D., Kwak Y., Kwon S. Design and validation

https://doi.org/10.2514/6.2014-3592

of a liquid film-cooled hydrogen peroxide/kerosene

[136]

Yun Y., Huh J., Kim Y., Kang S., Heo S., Kwon S.

bipropellant thruster // J. Propulsion Power. 2015.

Demonstration of 2,500 N-class H₂O₂/HDPE

V. 31. N 2. P. 761-765.

hybrid rocket for lab-scale sounding rocket // 54th

http://dx.doi.org/10.2514/1.B35434

AIAA/ASME/ASEE Joint Propulsion Conf. 2018,

[127] Wernimont E. J., Mullens P. Capabilities of

9-11 July, Cincinnati, OH, USA. AIAA Paper 2018-

hydrogen peroxide catalyst beds // 36th AIAA Joint

4526. https://doi.org/10.2514/6.2018-4526

Propulsion Conf. and Exibit. 2000, 17-19 July,

[137]

Wernimont E. J., Heister S. D. Combustion

Huntsville, Al, USA. AIAA Paper 2000-3555. https://

Experiment in hydrogen peroxide/polyethylene

doi.org/10.2514/6.2000-3555

hybrid rocket with catalytic ignition // J. Propulsion

482

Гусейнов Ш. Л. и др.

Power. 2000. V. 16. N 2. P. 318-326. https://

for long-term operation by film cooling // 52nd

doi.org/10.2514/2.5571

AIAA Joint propulsion Conf. 2016, 25-27 July,

[138]

Kang S., Lee D., Lee E. Performance evaluation

Salt Lake City, UT, USA. AIAA 2016-5091. https://

of hybrid rocket using

95 wt.% H₂O₂ // 54th

doi.org/10.2514/6.2016-5091

AIAA/ASME/ASEE Joint Propulsion Conf. 2018,

[148] Jo S., An S., Kim J. Yoon H., Kwon S. Autoignition

9-11 July, Cincinnati, OH, USA. AIAA Paper 2016-

tests by injecting kerosene into vortex of

4864. https://doi.org/10.2514/6.2016-4864

decomposed hydrogen peroxide // 46th AIAA Joint

[139]

Jung E. S., Kwon S. Autoignitable and restartable

Propulsion Conf. and Exibit. 2010, 25-28 July,

hybrid rockets using catalytic decomposition of an

Nashville, TN, USA. AIAA 2010-7056. https://

oxidizer // J. Propulsion Power. 2014. V. 30. N 2.

doi.org/10.2514/6.2010-7056

P. 514-518. https://doi.org/10.2514/1.B34739

[149] Cong Y., Zhang T., Li T., Sun J., Wang X., Ma L.,

[140]

Rhodes B. L., Ronney P. D. Design and test of

Liang D., Lin L. Propulsive performance of

a hydrogen peroxide vapor thruster for small

a hypergolic H₂O₂/kerosene bipropellant // J.

satellite applications // 54th AIAA/ASME/ASEE

Propulsion Power. 2004. V. 20. N 1. P. 83-86. https://

Joint Propulsion Conf. 2018, 9-11 July, Cincinnati,

doi.org/10.2514/1.9189

OH, USA. AIAA Paper 2018-4971. https://

[150] Sobczak K. M., Surmacz P., Bartkowiak B.,

doi.org/10.2514/6.2018-4971

Okninski A., Rarata G. P., Wolanski P., Kublik D.,

[141]

Чудина Ю. С., Боровик И. Н., Козлов А. А.,

Bel F. V. Test campaign of a green liquid bi-propellant

Богачева Д. Ю., Воробьев Ф. Г., Заранкевич И. А.,

rocket engine using catalytically decomposed 98%

Ташев И. А., Казеннов И. С. Экспериментальное

hydrogen peroxide as oxidizer // 53rd AIAA/ASME/

исследование характеристик ЖРД тягой 500 Н

ASEE Joint Propulsion Conf. 2017, 10-12 July,

на топливе керосин-ВПВ // Вестн. МГТУ им.

Atlanta, GA, USA. AIAA Paper 2017-4926. https://

Н. Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2014. № 4.

doi.org/10.2514/6.2017-4926

C. 83-98.

[151] Florczuk W., Rarata G. P. Performance evaluation

[142]

An S., Jungkun J., Lee J., Jo S., Pack D., Kwon S.

of the hypergolic green propellants based on the

Chugging instability of H₂O₂ monopropellant

HTP for a future next generation spacecrafts // 53rd

thruster with reactor aspect ratio and pressures //

AIAA/ASME/ASEE Joint Propulsion Conf. 2017,

J. Propulsion Power. 2011. V. 27. N 2. P. 422-427.

10-12 July, Atlanta, GA, USA. AIAA 2017-4849.

https://doi.org/10.2514/1.48939

https://doi.org/10.2514/6.2017-4849

[143]

Ponzo J. Small envelope, high flux 90% hydrogen

[152] Whitmore S. A., Martinez C. J. Novel catalyst

peroxide catalyst bed // 39th AIAA/ASME/ASEE

materials for reducing combustion latency of a

Joint Propulsion Conf. and Exibit. 2003, 20-23 July,

thermally-ignited peroxide/ABS hybrid rocket // 54th

Huntersville, Alabama, USA. AIAA Paper 2003-

AIAA/ASME/ASEE Joint Propulsion Conf. 2018,

4622. https://doi.org/10.2514/6.2003-4622

9-11 July, Cincinnati, OH, USA. AIAA Paper 2018-

[144]

Chin-Kuang Kuan, Guan-Beng Chen, Ye-Chin

4445. https://doi.org/10.2514/6.2018-4445

Chao. The Effects of preheating and pH value on the

[153] Гусейнов Ш. Л., Федоров С. Г., Косых В. А.,

performance of hydrogen peroxide monopropellant

Стороженко П. А. Гипергольные ракетные то-

microthruster // 42nd AIAA Joint Propulsion Conf.

плива на основе пероксида водорода и орга-

and Exibit. 2006, Sacramento, CA, USA. AIAA

нических соединений: исторический аспект и

Paper 2006-5240.

современное состояние // Изв. АН. Сер. хим.

https://doi.org/10.2514/6.2006-5240

2018. № 11. С. 1943-1954 [Guseynov Sh. L.,

[145]

Baek S., Jung W., Kang H., Kwon S. Development

Fedorov S. G., Kosyh V. A., Storozhenko P. A.

of high-performance green-monopropellant thruster

Hypergolic rocket fuels based on hydrogen peroxide

with hydrogen peroxide and ethanol // J. Propulsion

and organic compounds: Historical aspect and current

Power. 2018. V. 34. N 5. P. 1256-1261. https://

state // Russ. Chem. Bull., Int. Ed. 2018. V. 67. N 11.

doi.org/10.2514/1.B37081

P. 1-12. https://doi.org/10.1007/s11172-018-2314-1 ].

[146]

Lim H., An S., Kwon S., Rang S. Hydrogen

[154] Surmacz P., Kostecki M., Gut Z., Olszyna A.

peroxide gas generator with dual catalytic beds for

aluminum oxide-supported manganese oxide catalyst

nonpreheating startup // J. Propulsion Power. 2007.

for a 98% hydrogen peroxide thruster // J. Propulsion

V. 23. N 5. P. 1147-1150.

Power. 2019. V. 35. N 3. P. 614-623. https://

https://doi.org/10.2514/1.28897

doi.org/10.2514/1.B37359

[147]

Heo S., Kwon S., Jung S. Development of hydrogen

peroxide/kerosene 2,500 N bipropellant thruster